Роль калия в живом организме – Часть 2. Биологическая роль калия в организме человека

Содержание

Биологическая роль натрия, калия, кальция и магния

Вследствие очень легкой окисляемости щелочные металлы встречаются в природе исключительно в виде соединений.

По содержанию в организме человека натрий (0,08%) и калий (0,23%) относятся к макроэлементам, литий, рубидий и цезий – к микроэлементам.

Натрий и калий относятся к жизненно необходимым элементам, постоянно содержатся в организме, участвуют в обмене веществ.

Натрий

Содержание натрия в организме человека массой 70 кг – около 60 г: 44% — во внеклеточной жидкости, 9% — во внутриклеточной. Остальное количество натрия находится в костной ткани – место депонирования иона Na+ в организме.

В организме человека натрий находится в виде его растворимых солей: хлорида, фосфата, гидрокарбоната.

Распределен по всему организму:

в сыворотке крови,
в спинномозговой жидкости,

в глазной жидкости,

в пищеварительных соках,
в желчи,
в почках,
в коже,
в костной ткани,
в легких,
в мозге.

Натрий является основным внеклеточным ионом. Концентрация ионов Na+ внутри клетки примерно в 15 раз меньше, чем во внеклеточной жидкости.

Ионы натрия играют важную роль в обеспечении постоянства внутренней среды человеческого организма, участвуют в поддержании постоянного осмотического давления биожидкости (осмотического гомеостаза).

В виде противоионов в соединениях с фосфорной кислотой (Na2HPO4 + Nah3PO4) органическими кислотами натрий обеспечивает кислотно-основное равновесие организма.

Ионы натрия участвуют в регуляции водного обмена и влияют на работу ферментов.

Вместе с ионами калия, магния, кальция, хлора ионы натрия участвуют в передаче нервных импульсов. При изменении содержания натрия в организме происходят нарушения функций нервной, сердечно-сосудистой систем, гладких и скелетных мышц.

Натрия хлорид NaCl – основной источник соляной кислоты для желудочного сока.

Ионы натрия принимают участие в формировании разности потенциалов на мембране.

Препараты натрия, применяемые в медицине

Изотонический раствор – NaCl (0,9%) – для инъекций вводят подкожно, внутривенно и в клизмах при обезвоживании организма и при интоксикацях. Также применяют для промывания ран, глаз, слизистой оболочки глаза, также для растворения различных ЛП.

Гипертонические растворы — NaCl (3-5-10%) – применяют наружно в виде компрессов и примочек при лечении гнойных ран. По закону осмоса применение таких компрессов способствует отделению гноя из ран и плазмолизу бактерий (антимикробное действие).

2-5% р-рNaCl назначают внутрь для промывания желудка при отравлении AgNO3.

Ag(р) + Cl(р) → AgCl(т)

Натрия гидрокарбонат NaHCO3 используют при заболеваниях, сопровождающихся ацидозом.

Механизм

NaHCO3 + RCOOH → h3O + CO2 + RCOONa

RCOONa натриевые соли органических кислот в значительной мере выводятся с мочой, CO2 – покидает организм с выдыхаемым воздухом.

NaHCO3 также используют при повышенной кислотности желудочного сока, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки.

NaHCO3 + HCl → h3O + NaCl + CO2

Имеет ряд побочных эффектов :

NaHCO3 применяют в виде полосканий, промывания при воспалительных заболеваниях глаз, слизистых оболочек верхних дыхательных путей. В результате гидролиза NaHCO3 водный раствор имеет слабощелочные свойства. При воздействии щелочи на микробные клетки происходит их гибель.

NaHCO3 + h3O → NaOH + CO2 + h3O

Натрия сульфат Na2SO4*10h3O – применяют в качестве слабительного средства. Соль медленно всасывается из кишечника, что приводит к поддержанию повышенного осмотического давления в полости кишечника. В результате осмоса происходит накопление воды в кишечнике, содержимое его разжижается, сокращения кишечника усиливаются и каловые массы быстрее выводятся.

Натрия тетраборат Na2B4O7*10h3O – применяется наружно как антисептическое средство для полосканий, спринцеваний, смазываний. Антисептическое действие аналогично NaHCO3, связано со щелочной реакцией среды в результате гидролиза.

Na2B4O7 + 7h3O → 2NaOH + 4h4BO3

Радиоактивный изотоп 24Na в качестве метки применяют для определения скорости кровотока, используют для лечения некоторых форм лейкемии.

Калий

Содержание калия в организме человека массой 70 кг – около 160 г.: 2% — во внеклеточной жидкости, 98% — во внутриклеточной.

В организме человека калий находится:

Калий является основным внутриклеточным ионом. Концентрация ионов К+ внутри клетки примерно в 35 раз больше, чем во внеклеточной жидкости.Ионы калия играют важную роль в физиологических процессах – сокращении мышц, нормальном функционировании сердца, проведении нервных импульсов, обменных реакциях. Являются важными активаторами внутриклеточных ферментов.

Действие Na+, К+-АТФазы и возникновение разности потенциалов на клеточных мембранах

Многие важные биологические процессы осуществляются только при условии различного ионного и молекулярного состава внутри клеток и во внеклеточной жидкости. Концентрация ионов К+ внутри клетки примерно в 35 раз больше, чем во внеклеточной жидкости, концентрация ионов Na+ внутри клетки примерно в 15 раз меньше, чем во внеклеточной жидкости. Чтобы поддерживать такое распределение ионы калия должны перемещаться из внешней среды внутрь клетки, а ионы натрия – наоборот, поступать из клетки во внеклеточное пространство. Т.е. должен осуществляться перенос ионов из области с более низкой концентрацией в область с более высокой концентрацией. Самопроизвольно такой процесс протекать не может. Нормальное распределение ионов натрия и калия обеспечивается работой натрий-калиевых насосов. Работа этих насосов по переносу ионов против градиента концентрации и по поддержанию этого градиента требует большой

затраты энергии, следовательно, сопровождается макроэргической реакцией гидролиза АТФ.

За счет энергии гидролиза одной молекулы АТФ три иона Na+ выводятся из клетки, а два иона К+ — поступают в клетку. В итоге на мембране клетки возникает разность потенциалов: наружная поверхность мембраны заряжается положительно, а внутренняя – отрицательно.

Магний

Формально относится к макроэлементам. Общее содержание в организме 0,027% (около 20 г). В наибольшей степени магний концентрируется в дентине и эмали зубов, костной ткани. Накапливается в

поджелудочной железе,
скелетных мышцах,
почках,
мозге,
печени и сердце.

Является внутриклеточным катионом. Концентрация ионов Mg2+ внутри клеток примерно в 2,5-3 раза выше, чем во внеклеточной жидкости.

Во внутриклеточной жидкости АТФ и АДФ присутствуют, в основном, в виде комплексов MgАТФ 2- и MgАДФ 2-.

Во многих ферментативных реакциях активной формой АТФ является комплекс MgАТФ 2-.

Препараты магния, применяемые в медицине

MgO магния оксид – применяют в качестве антацидного средства при повышенной кислотности желудочного сока.

MgO + HCl → h3O + MgCl2

MgCl2 – обладает легким послябляющим эффектом.

MgO магния оксид (85%) и магния пероксид MgO2 (15%) «магний перекись». Применяют при кишечных расстройствах.

MgSO4*7h3O магния сульфат (горькая соль) – в зависимости от дозы может обладать седативным, снотворным или наркотическим эффектом. Применяют и как слабительное.

В качестве адсорбирующего и обволакивающего средства применяют тальк силикатное производное Mg2+ — 2 MgSiO3* Mg(HSiO3)2.

studfile.net

Калий и его биологическая роль

Калий – химический элемент, занимающий 19 номер в периодической системе Д. И. Менделеева (Са) и относящийся к щелочным металлам, в природе встречается исключительно в виде различных соединений, он присутствует в морской воде, земной коре. Соединения калия содержит зола некоторых растений.

Россия, Белоруссия, Канада – страны, которые могут похвастаться наиболее крупными месторождениями этого химического элемента.
Сферы использования Са весьма обширны. Различные соединения применяются для сушки газов, для обработки кожи, в щелочных аккумуляторах, в гальванотехнике, в лазерной технике, при варке стекла, в производстве взрывчатых веществ, спичек. Соли калия являются прекрасными удобрениями, а также широко применяются в медицине, в том числе для лечения заболеваний малого таза.
Биологическое значение
Важнейшую роль этот химический элемент играет и в организме человека, являясь неотъемлемой частью всех внутриклеточных жидкостей человеческого организма и обеспечивая нормальное функционирование каждой отдельной клетки и организма в целом. Основная задача этого микроэлемента – обеспечение клеточного равновесия, что является непременным условием защиты организма от онкологических заболеваний и заболеваний сердечнососудистой системы. Согласно статистике, в странах, где в пищу употребляются богатые калием продукты, частота возникновения онкологических заболеваний значительно ниже. Са необходим для нормализации водного баланса организма. К тому же он регулирует содержание кислот, щелочей и солей в живом организме, стимулирует выработку ферментов.
Благодаря калию обеспечивается нормальное функционирование сердечной мышцы и сосудов, почек и печени, желез внутренней секреции, головного мозга. Са способствует нормализации давления, выведению шлаков из организма и лечению аллергических заболеваний, предотвращает развитие атеросклероза, снимает спазмы, повышает физическую выносливость, снижает утомляемость.
Проявления недостатка калия различны: снижение давления, отеки, запоры, судороги, общая слабость и нарушение самочувствия, повышенная утомляемость.

Потребность организма
К нарушению работы организма человека могут привести даже незначительные отклонения концентрация Са в клетках. Поэтому нормальный калиевый баланс необходимо поддерживать всем без исключения людям. Однако особенно подвержены риску снижения концентрации пожилые люди, сторонники низкокалорийных диет и люди, подвергающиеся постоянным физическим нагрузкам.
Суточная норма Са для взрослого здорового человека составляет от 1,1 до 2 г; детям необходимо от 16 до 30 мг калия на каждый килограмм массы тела. Содержание калия в организме зависит как от режима и способа питания, так и от работы органов и систем, отвечающих за выведение его из организма.
К потере могут привести рвота, усиленное потоотделение. Значительно снижают концентрацию и различные травмы. Применение диуретических препаратов является еще одной причиной потери Са организмом.

Основные источники калия
Са содержат в основном растительные продукты: злаковые и бобовые культуры, овощи и фрукты. Наиболее богаты цитрусовые, бананы, виноград, яблоки, сухофрукты, красная и черная смородина, шиповник. Немного меньше калия содержится в капусте, петрушке, орехах. Богат Са и картофель: 0,5 кг этого корнеплода содержит суточную норму для взрослого человека. Са также присутствует в моркови, луке, свекле, орехах. При потреблении этих продуктов организм получает достаточное количество этого ценного химического элемента.

Информация предоставлена медицинским порталом http://medicus.ru/

12 декабря 2016 г. в 00:00:00

altaymix.ru

Роль калия в жизни растений

Николай Вишенский

Калий наряду с азотом и фосфором относится к главным элементам питания растений. Он, безусловно, необходим всем растениям, животным и микроорганизмам. Попытки заменить калий близкими к нему элементами (натрием, литием, рубидием) оказались безрезультатными. Функция калия в растениях. как и других необходимых для них элементов, строго специфична.

Впервые предположение о необходимости калия растениям высказал Сосюр в 1804 г. на основании анализа золы растений, в которой всегда присутствовал калий. Затем Либих сделал заключение о необходимости применения калийных удобрений. Первые экспериментальные данные об абсолютной необходимости калия растениям были получены Сальм-Горстмаром в 1846 г.

В растениях калий находится в ионной форме. До сих пор неизвестно ни одно органическое соединение, в состав которого входил бы этот элемент. Калий содержится в основном в цитоплазме и вакуолях клеток; в ядрах и пластидах он отсутствует.

Около 80% калия находится в клеточном соке и может легко вымываться водой (например, дождями), особенно из старых листьев. В дневное время суток, когда в растениях активно протекают все биохимические процессы, калий, сохраняя легкую подвижность, все же удерживается в клетках освещенного растения. Ночью, когда процессы фотосинтеза прекращаются, часть калия может выделяться через корни, чтобы потом, с появлением первого солнечного луча, вновь поглощаться растением.

Примерно 20% калия удерживается в клетках растений в обменнопоглощенном состоянии коллоидами цитоплазмы и до 1% его необменно поглощается митохондриями.

Молодые органы растений содержат калия в 3-5 раз больше, чем старые: его больше в тех органах и тканях, где интенсивно идут процессы обмена веществ и деления клеток. Поэтому калий иногда называют элементом молодости. Много калия в пыльце растений. В золе пыльцы кукурузы содержится до 35,5% калия, а кальция, магния, серы и фосфора, вместе взятых — лишь 24,7%. Легкая подвижность калия в растениях обусловливает его реутилизацию путем перемещения из старых листьев в молодые. Поэтому его распределение в растениях характеризуется базипептальным градиентом концентрации, то есть его содержание в листьях и частях стебля в пересчете на единицу сухого вещества возрастает снизу вверх.

Физиологические функции калия весьма разнообразны. Установлено, что он стимулирует нормальное течение фотосинтеза, усиливает отток углеводов из пластинки листа в другие органы, а также синтез сахаров и высокомолекулярных углеводов — крахмала, целлюлозы, пектиновых веществ, ксиланов.

Калий усиливает накопление моносахаров в плодовых и овощных культурах, повышает содержание сахарозы в корнеплодах, крахмала в картофеле, утолщает стенки клеток соломины злаковых культур и повышает устойчивость хлебов к полеганию, а у льна и конопли улучшает качество волокна.

Способствуя накоплению углеводов в клетках растений, калий увеличивает осмотическое давление клеточного сока и тем самым повышает холодоустойчивость и морозостойкость растений.

Накапливаясь в хлоропластах и митохондриях, калий стабилизирует их структуру и способствует образованию АТФ. Калий увеличивает гидрофильность коллоидов протоплазмы; при этом снижается транспирация, что помогает растениям лучше переносить кратковременные засухи.

Калий играет важную роль в синтезе и обновлении белков в растениях. При его недостатке синтез белков резко снижается и одновременно происходит распад старых белковых молекул. В растениях накапливаются растворимые азотные соединения (свободные аминокислоты). Улучшение калийного питания сопровождается повышением удельного веса белкового азота в растениях пшеницы. Усиливается также синтез амидов (аспарагина и глютамина). Положительное влияние калия на синтез белков связано, по-видимому, во-первых, с его влиянием на накопление и трансформацию углеводов (а последние, как известно, в процессе дыхания дают кетокислоты — материал для построения аминокислот) и, во-вторых, с усилением под влиянием калия деятельности ферментов, участвующих в синтезе белка.

Калий поглощается растениями в виде катиона и, очевидно, в такой форме остается в клетке, образуя лишь слабые связи с ее веществами. В такой форме калий является основным противоионом для нейтрализации отрицательно заряженных компонентов клетки, а также создает разность электрических потенциалов между клеткой и средой. Возможно, именно в этом проявляется специфическая функция калия как незаменимого элемента питания.

Активизируя важнейшие биохимические процессы в клетках растений, калий повышает их устойчивость к различным заболеваниям как в течение вегетации, так и в послеуборочный период, значительно улучшает лежкость плодов и овощей.

Содержание калия в клетках растений существенно выше, чем других катионов. Внутриклеточная концентрация калия в растениях во много раз (в 100-1000) превышает его концентрацию в почвенном растворе.

Критический период в потреблении калия растениями приходится на первые 15 дней после всходов. Период максимального потребления, как правило, совпадает с периодом интенсивного прироста биологической массы. У одних растений поступление калия заканчивается уже к фазе полного цветения (лен) или к цветению — началу молочной спелости (зерновые и зернобобовые). У других растений оно более растянуто и происходит в течение всего вегетационного периода (картофель, сахарная свекла, капуста).

В отличие от азота и фосфора, калия больше в вегетативных органах растений, чем в репродуктивных. Например, в соломе большинства злаков калия больше почти в 2 раза, а в стеблях кукурузы — в 5 раз, чем в зерне. Поэтому вынос К2О с нетоварной частью урожая, как правило, выше, чем с товарной (за исключением зернобобовых).

Калиелюбивые культуры — сахарная и кормовая свекла, картофель, овощи — потребляют этот элемент гораздо больше, чем зерновые и зернобобовые культуры, лен и многолетние травы. Также много калия потребляет подсолнечник. В соотношении N : Р: К у калиефилов преобладает калий (2,5-4,5 : 1 : 3,5-6), а у зерновых культур — азот (2,5-3 : 1 : 1,5-2,2).

Недостаток калия вызывает множество нарушений обмена веществ у растений: ослабляется деятельность ряда ферментов, нарушается углеводный и белковый обмен, повышаются затраты углеводов на дыхание. В итоге продуктивность растений падает, качество продукции снижается. У зерновых образуется щуплое зерно, снижаются всхожесть и жизнеспособность семян. Нередко из-за ухудшения прочности соломины хлеба полегают. Уменьшается содержание крахмала в клубнях картофеля, сахарозы в корнеплодах сахарной свеклы, пектиновых веществ в плодах и ягодах. Урожайность зерновых, плодовых и овощных культур падает, снижается содержание витаминов в продукции. При дефиците калия возрастает поражаемость растений различными болезнями.

Внешне калийное голодание растений проявляется в первую очередь на листьях нижнего яруса: они преждевременно желтеют, начиная с краев; в дальнейшем края буреют, а затем отмирают и разрушаются, вследствие чего они выглядят, как обожженные. Это явление получило название «краевой ожог». Дефицит калия сказывается и на снижении тургора, листья вянут и поникают. Чаще всего недостаток калия проявляется в период интенсивного роста растений (в середине вегетации), когда его содержание в клетках растений снижается в 3-5 раз в сравнении с нормой.

Сильнее от недостатка калия страдают калиелюбивые культуры.

Чрезмерное калийное питание растений также негативно отражается на их росте и развитии. Проявляется оно в возникновении между жилками листьев бледных мозаичных пятен, которые со временем буреют, а затем листья опадают.

Таким образом, регулируя уровень калийного питания растений, можно в значительной мере влиять на их продуктивность и качество получаемой продукции.

Круговорот и баланс калия в земледелии

Калий — один из основных биогенных элементов. Его круговорот в биоценозах весьма интенсивен. Содержание калия в биомассе различных биоценозов колеблется от 20 (пустыня) до 2000 кг/га (дубравы).

Замкнутый цикл круговорота питательных веществ в естественных биоценозах и аккумулирующая деятельность растений приводят к перераспределению калия в пределах корнеобитаемого слоя почвы и постепенному обогащению этим элементом ее верхних горизонтов.

В агроценозах круговорот и баланс калия зависят в основном от хозяйственной деятельности землепользователей: обеспеченности удобрениями, специализации хозяйств и др.

Валовые запасы калия в почвах во много раз (в 5-50) выше, чем азота и фосфора. Этого нельзя не учитывать.

Часть калия теряется из корнеобитаемого слоя почвы за счет инфильтрации: на легких почвах около 5 %, на тяжелых — около 2 % от внесенного количества удобрений. На интенсивность этого процесса оказывают влияние гранулометрический состав почвы и ее водный режим, дозы удобрений, особенности культур.

Часть калия почвы теряется в результате водной и ветровой эрозии. По усредненным данным, это составляет 4-8 кг/га. Обычно считается, что расходные статьи потерь калия от эрозии компенсируются поступлением его с семенами (около 2 кг/га) и осадками (2-6 кг/га).

Следует иметь в виду, что некоторая часть обменного калия может переходить в почве в фиксированное (необменно-поглощенное) состояние и тем самым изыматься из доступного для растений фонда калия. Установлено также, что в снабжении растений калием принимают участие не только пахотные, но и подпахотные горизонты почв. Тем самым расход калия из пахотного слоя уменьшается. Например, в опытах на дерновоподзолистых почвах подсолнечник и люпин в среднем около 32 % калия от общего его выноса потребляли из подпахотных горизонтов.

Состав и свойства калийных удобрений

Промышленные калийные удобрения подразделяют на концентрированные (хлористый калий, сернокислый калий, хлористый калий — электролит, калийная соль, калимагнезия, калийно-магниевый концентрат) и сырые (сильвинит и каинит).

Сырые калийные соли.

Получают путем дробления и размола природных калийных солей. Обычно для этой цели используют более концентрированные пласты месторождений. Применять сырые калийные соли целесообразно лишь вблизи месторождений калийных руд, так как они имеют низкое содержание К2О и большое количество примесей. Они содержат много хлора, что также ограничивает их применение.

Из сырых калийных солей наиболее распространены сильвинит и каинит.

Сильвинит — пКС1 + mNaCl. Содержит 12-15% К2О и 35-40% ^2О. Выпускается в грубом помоле (размер кристаллов 1-5 мм и более). Розовато-бурый с включением синих кристаллов. При хранении во влажном помещении отсыревает, а при высыхании слеживается. Перевозят бестарным способом. Применяют под натриелюбивые культуры.

Каинит — КО . MgSO4.3h3O с примесью №0. Содержит 10% К2О, 6-7% MgO, 32-35% а, 22-25% №2О, 15-17% SО4. Это крупные кристаллы розовато-бурого цвета. Влажность не более 5%. Получают при размоле каинитовой или каинитово-лангбей-нитовой руды. Не слеживается, транспортируют навалом (насыпью).

Концентрированные калийные удобрения. Хлористый калий, хлорид калия — КО. Это основное калийное удобрение. Его производство составляет 80-90% от общего производства калийных удобрений. Получают хлорид калия в основном из сильвинита, который представляет собой смесь (агломерат) сильвина (КО) и галита (№0), содержащую 12-15% К2О. В химически чистом хлориде содержится 63,1% К2О. В зависимости от способа производства хлорид калия, поставляемый сельскому хозяйству, содержит от 57 до 60% К2О. Это мелкокристаллический порошок розового или белого цвета с сероватым оттенком.

Хлористый калий производят несколькими способами. Полученный белый мелкокристаллический хлорид калия при хранении сильно слеживается.

Отход производства содержит до 95% №0 и служит материалом для получения соды, технической поваренной соли.

Флотационный хлорид калия имеет более крупные естественные кристаллы розового цвета. Гидрофобные добавки (жирные амины), используемые в процессе флотации, существенно уменьшают гигроскопичность и слеживаемость удобрения.

Этот способ производства хлористого калия получил наибольшее распространение.

Сульфат калия — K2SО4. Это высококонцентрированное бесхлорное удобрение. Содержит 46-50% К2О. Мелкокристаллический порошок белого цвета с желтым оттенком, влажность 1,2%. Не слеживается, транспортируется в мешках или насыпью (без тары). Получают в процессе комплексной переработки полиминеральных калийных руд (лангбейнита, шенита) конверсией (обменным разложением) хлоридом калия, а также как побочный продукт ряда химических производств.

По сравнению с хлорсодержащими калийными удобрениями K2SО4 обеспечивает достоверные прибавки урожая винограда, гречихи, табака и других хлорофобных культур. Это удобрение широко используют в овощеводстве, особенно в защищенном грунте. Наличие серы в удобрении положительно влияет на продуктивность крестоцветных, бобовых и некоторых других культур.

Однако себестоимость сульфата калия гораздо выше, чем всех других калийных удобрений.

Калимагнезия, сульфат калия-магния — K2SО4 . MgSО4. Содержит 29% К2О и 9% MgO. Получают путем перекристаллизации из природных сульфатных солей, в основном из шенита. Поэтому это удобрение иногда называют шенитом. Белый сильнопылящий порошок с сероватым или розоватым оттенком либо серовато-розовые гранулы неправильной формы. Не слеживается, транспортируется в мешках или насыпью. Используется в первую очередь под культуры, чувствительные к хлору или на легких почвах.

Калимаг, калийно-магнезиальный концентрат — K2SО4 . 2MgSО4. Получают из сульфатных калий-маг-нийсодержащих минералов путем их обогащения. Содержит 18-20% К2О и 8-9% MgO. Выпускается в виде гранул серого цвета. Не слеживается, транспортируется насыпью. По эффективности приближается к калимагнезии.

Хлоркалий электролит — КО с примесями №0 и MgCl2. Это побочный продукт при производстве магния из карналлита. Содержит 34-42% КА, по 5% MgO и №2О и до 50% а. Сильнопылящий мелкокристаллический порошок с желтым оттенком. Не слеживается, его перевозят в бумажных мешках или насыпью. По эффективности приближается к хлористому калию; на бедных магнием почвах более эффективен, чем КО.

Цементная пыль. Отход производства цемента, бесхлорное калийное удобрение. Содержит от 10-15 до 35% К2О. Калий содержится в виде карбонатов, бикарбонатов, сульфатов и в небольшом количестве силикатов. Имеются также гипс, оксид кальция, полуторные оксиды и некоторые микроэлементы. Калийные соли цементной пыли растворимы в воде и доступны растениям. Применяют в качестве основного удобрения, в первую очередь на кислых почвах и под хлорофобные культуры.

Печная зола. Местное калийно-фосфорно-известковое удобрение. Калий содержится в золе в виде поташа (К2СО3). Содержание К2О в золе существенно колеблется в зависимости от источника топлива. Например, зола лиственных пород содержит 1014% К2О, 7% Р2О5, 36% СаО, зола хвойных пород — 3-7% К2О, 2,0-2,5% Р2О5 и 25-30% СаО. Молодые деревья при сжигании дают больше золы, в которой и содержание питательных элементов выше. Печная зола — достаточно эффективное удобрение для всех культур (особенно для хлорофобных) и для всех почв (в первую очередь для кислых).

Взаимодействие калийных удобрений с почвой

Калийные удобрения хорошо растворимы в воде. При внесении в почву они растворяются в почвенном растворе, а затем вступают во взаимодействие с почвенным поглощающим комплексом по типу обменного (физико-химического), а частично и необменного поглощения.

Обменное поглощение катионов калия почвой составляет небольшую часть от всей емкости поглощения. Реакция обменного поглощения катионов калия почвой обратима.

В результате перехода калия в обменно-поглощенное состояние ограничивается его подвижность в почве и предотвращается вымывание за пределы пахотного слоя, за исключением легких почв с низкой емкостью поглощения. Обменно-поглощенный почвой калий удобрений хорошо доступен растениям.

Вторичные процессы взаимодействия почвенного раствора с почвенным поглощающим комплексом постепенно вытесняют из него катионы калия. Активное участие в таком обмене принимает и корневая система растений благодаря корневым выделениям.

На кислых и сильнокислых почвах (в особенности легкого гранулометрического состава), имеющих в составе ППК обменный водород и алюминий, при внесении калийных удобрений наблюдается заметное подкисление почвенного раствора. Поэтому на таких почвах эффективность калийных удобрений снижается.

Кроме того, дополнительное подкисление почвенного раствора происходит и за счет проявления физиологической кислотности калийных солей. Однако следует отметить, что физиологическая кислотность у калийных удобрений значительно меньше, чем у аммонийных, и проявляется она, как правило, только при длительном применении этих удобрений под калиелюбивые культуры, потребляющие большое количество калия.

Необменный (фиксированный) калий обладает значительно меньшей подвижностью, чем обменно-поглощенный. Переход его в раствор и доступность растениям значительно затруднены.

Фиксация калия удобрений разными почвами в зависимости от их минералогического состава и дозы удобрений может составлять от 14 до 82 % от внесенного количества.

При внесении крупнокристаллических или гранулированных удобрений фиксация калия почвой снижалась на 20-30% из-за меньшего контакта удобрения с почвой.

Размер необменного поглощения калия зависит и от дозы вносимого удобрения. Абсолютное количество фиксированного калия при увеличении дозы калийных удобрений резко возрастает, хотя в процентном отношении к внесенной дозе наблюдается понижение фиксации. Потенциальная способность почвы фиксировать калий очень велика.

При систематическом применении калийных удобрений и положительном балансе калия (т. е. при превышении внесенного калия удобрений над его выносом растениями) в почве повышается содержание как подвижных форм калия (водорастворимый и обменный), так и его фиксированных форм.

В условиях дефицита калийных удобрений (т. е. при отрицательном балансе калия) происходит обратный процесс. По мере расходования растениями доступных форм калия (водорастворимого и обменного) происходит постепенный переход фиксированного калия, а отчасти и калия кристаллической решетки в более подвижные формы. Например, в опыте на суглинистой почве (Англия) за 101 год растения вынесли с урожаями в 3-4 раза больше калия, чем его содержалось в почве в обменной форме.

Применение калийных удобрений на различных почвах

В районах эффективного действия калийных удобрений они обеспечивают на каждый килограмм внесенного калия удобрений прибавку урожая: зерна 2-3 кг, картофеля 2033, сахарной свеклы 35-40, льноволокна 1-1,5, сена сеяных трав 20-33 и сена луговых трав 8-18 кг.

Эффективность калийных удобрений зависит от почвенно-климатических условий и биологических особенностей возделываемых культур.

Что касается почвенных факторов, то здесь основным является обеспеченность почв доступным для растений калием (сумма водорастворимого и обменного калия).

Применение калийных удобрений наиболее эффективно на песчаных, супесчаных, дерново-подзолистых, торфяно-болотных и пойменных почвах, а также на красноземах. Положительное действие на урожай растений оказывают калийные удобрения и в зоне достаточного увлажнения на суглинистых дерново-подзолистых, серых лесных почвах, оподзоленных и выщелоченных черноземах (в случаях низкой и средней обеспеченности их калием).

На типичных, обыкновенных, южных черноземах, каштановых почвах и сероземах действие калийных удобрений в большинстве случаев слабое или совсем не проявляется. Применение калийных удобрений оправдано в этих условиях только под калиелюбивые культуры — сахарную свеклу, подсолнечник, овощные, а также на каштановых почвах и сероземах при орошении.

На солонцах, обычно богатых калием, калийные удобрения не применяют, так как они усиливают солонцеватость этих почв и не дают ожидаемого эффекта.

Калийные удобрения, как правило, оказывают положительное влияние на урожай растений при содержании в почве подвижного калия на уровне 1-3-го классов. При более высокой обеспеченности почв калием эффективность калийных удобрений снижается и определяется в основном составом культур севооборота, уровнем применяемых доз азотных и фосфорных удобрений и других агротехнических мероприятий.

Основные принципы оптимизации применения калийных удобрений следующие.

Применение калийных удобрений с учетом обеспеченности почв калием, гранулометрического состава почв, биологических особенностей сельскохозяйственных растений и форм калийных удобрений.
Повышение общего уровня культуры земледелия, окультуренности почв, соблюдение сбалансированного питания растений калием и другими питательными элементами (в первую очередь азотом и фосфором).

Эффективность калийных удобрений (как и фосфорных, и азотных) на слабокислых и нейтральных почвах заметно возрастает по сравнению с сильнокислыми почвами.

Поэтому известкование кислых почв — один из обязательных приемов повышения эффективности калийных удобрений. Однако из-за антагонизма ионов калия и кальция на произвесткованных почвах возникает потребность в повышении доз калийных удобрений.

Применение навоза, который сам является хорошим источником калия для растений, как правило, снижает действие минеральных калийных удобрений.

Наибольшая эффективность калийных удобрений достигается при оптимальном соотношении их с азотными и фосфорными. Одностороннее применение калийных удобрений возможно на осушенных торфяниках и торфяно-болотных почвах, обеспеченных другими элементами питания.

В ассортименте калийных удобрений преобладают хлорсодержащие формы. На почвах среднего и тяжелого гранулометрического состава такие удобрения в полной дозе (за исключением небольшой дозы в рядки под некоторые культуры) целесообразно вносить осенью. При этом удобрения размещают в более влажном слое почвы, где развивается основная масса корней, и они лучше усваиваются растениями, а хлор вымывается осенне-весенними осадками из пахотного слоя и не оказывает отрицательного действия на хлорофобные культуры. Только на легких, а также на торфяно-болотных и пойменных почвах калийные удобрения следует вносить весной. Под пропашные и овощные культуры в таких случаях часть общей дозы калия целесообразно давать в подкормку.

В севообороте калийные удобрения в первую очередь вносят под калиелюбивые культуры, которые дают при этом более заметные прибавки урожая.

Лен и конопля потребляют сравнительно немного калия, но их слабая корневая система не может в обычных условиях обеспечить эти растения достаточным количеством калия. Поэтому под эти культуры следует вносить повышенные дозы калийных удобрений.

Под хлорофобные культуры целесообразно применять удобрения с минимальным содержанием хлора. Опыты с картофелем показали, что применение хлорсодержащих калийных удобрений снижает количество крахмала на 7-15% по сравнению с удобрениями, не содержащими хлор.

agrotehnology.com

Макроэлементы. Калий

Физиологическая роль калия. Среди макроэлементов, наиболее значимых в жизни растений, калий (К) занимает особое место. Он способствует синтезу белков и сахаров, передвижению и накоплению углеводов в продуктивных частях растений, нормализует процесс фотосинтеза, увеличивает осмотическое давление клеточного сока, благодаря чему повышается засухоустойчивость и зимостойкость культур. Достаточное количество калия в питании растений усиливает их защитные свойства против некоторых заболеваний, улучшает лежкость плодов и овощей. Этот элемент способствует повышению механической прочности тканей. У зерновых культур это проявляется в повышении стойкости к полеганию.

В отличие от азота и фосфора, которые находятся в растениях в органических соединениях, представляющих собой малоподвижные и труднорастворимые формы, калий присутствует в виде ионов (высокоподвижные формы) в солевых растворах преимущественно в клеточном соке (80%), в вакуолях. Меньшая его часть адсорбируется коллоидами, и совсем незначительное количество (около 1%) удерживается необменно митохондриями в цитоплазме растительных клеток. По причине исключительной подвижности ионов калия он легко вымывается из листьев. Этот процесс потери элемента более активен в ночное время, так как днем калий сохраняется благодаря происходящим биохимическим процессам, к тому же происходит обратное его поглощение из почвы корневой системой (у злаков). Особенно остро растения нуждаются в полноценном калийном питании первые 15 дней после всходов, а максимальное потребление элемента происходит в период наибольшего роста и интенсивного наращивания вегетативной массы.

Калий в растениях

Калий распределяется в разных органах растений неравномерно: в старых листьях его запасы минимальны, а в пыльце они достигают значительных показателей. Наибольшее количество калия как участника ростовых процессов сосредоточено в самых молодых вегетативных частях (эмбриональные ткани, растущие клетки), где содержание его в 3 – 5 раз выше, чем в старых тканях. Но в период созревания культур происходит перемещение элемента. У овощных наблюдается накопление калия в корнеплодах и клубнях (до 96%), а у злаков он перемещается в нетоварные части (стебли, листья).

Симптомы дефицита элемента. Недостаточная обеспеченность растений калием уже в начальных стадиях приводит к замедлению синтеза белка и нуклеиновых кислот, нарушению азотного обмена, а также снижению интенсивности процесса фотосинтеза, в результате чего тормозится деление клеток и наращивание вегетативной массы культур. С помощью исследований установлено, что нехватка калия в культурах приводит к резкому снижению содержания сахарозы, крахмала и прочих полисахаридов при одновременном возрастании количества глюкозы. При дефиците калия в растительных клетках происходит накапливание аммиака, что может оказаться губительным для культур.

Дефицит калия

Недостаточное калийное питание приводит к угнетению развития репродуктивных органов растений. Наблюдается формирование слабой корневой системы, подверженной различным заболеваниям, задержка роста бутонов и соцветий, неравномерное созревание плодов, у злаков зерна формируются щуплыми и характеризуются пониженной всхожестью. Кроме того, растения, страдающие от дефицита калия, легко повреждаются различными паразитами. Внешние симптомы калийного голодания проявляются (вначале на нижних листьях) в побурении и отмирании края листовых пластин (т.н. «краевой ожог»), появлении на них ржавых крапинок. Возможна также мелколиственность и потеря тургора листовыми пластинами (вялость).

Симптомы избытка калия. Повышенное содержание калия провоцирует плохую усваиваемость растениями магния, кальция и других микроэлементов. Возникшее в результате этого магниевое голодание оказывает негативное влияние на дальнейший рост и развитие культур. Сам по себе избыток калия не представляет для растений опасности, но он возникает в случае нехватки в питании растений доступных форм азота и фосфора. Внешние симптомы избытка калия проявляются в возникновении бледных мозаичных пятен между жилками листовых пластин. В дальнейшем эти зоны буреют, отмирают, и листья преждевременно опадают. Может также наблюдаться побурение и загнивание тканей других органов растений.

Дефицит калия в плодах

Содержание в культурах. Потребность растений в калии различна и зависит от их биологических особенностей. В среднем содержание этого элемента в культурах составляет 0,3% (в сухой массе). Значительным потреблением калия (от 180 до 400 кг/га К₂О) отмечены такие овощные культуры как картофель, свекла, капуста, а также подсолнечник и гречиха. Много калия потребляют многолетние злаковые травы и бобовые культуры. Зерновые (пшеница, рожь, ячмень, овес) требуют меньшее количество этого макроэлемента (60 – 80 кг/га К₂О). В семенах зерновых культур содержание калия составляет 0,5%, а в соломе – от 1 до 1,5%; в клубнях картофеля и корнеплодах от 0,3 до 0,6%, а в листьях табака, подсолнечника, сахарной свеклы и других корнеплодов – от 4 до 6% (в сухой массе).

Содержание в почвах. Калий относится к элементам, широко распространенным в природе. В земной коре его содержится около 2,5%. По своему валовому содержанию в почвах (кроме торфянистых, где он легко вымывается водой) калий превышает аналогичные запасы азота и фосфора в 5 – 10 раз. В плодородных слоях почвы запасы калия (К₂О) составляют 50 – 75 т/га, но большая часть его соединений (98 – 99%) находится в нерастворимых и малодоступных для растений формах (алюмосиликатах) и состоит из калийсодержащих почвенных минералов (полевые шпаты, слюды). Такой калий практически недоступен культурам, но в процессе выветривания, климатических и биологических воздействий происходит его высвобождение из минералов (до 15 – 30 кг/га ежегодно).

Для нормального питания растений требуются доступные формы этого макроэлемента: обменный (или поглощенный) калий и водорастворимый калий (в почвенном растворе). Основным источником калийного питания растения является обменный калий, наибольшее количество которого находится в черноземах и сероземах, а наименьшее – в легких дерново-подзолистых почвах. В зависимости от механического и биохимического состава грунтов количество доступного калия (в составе почвенных коллоидов) может колебаться от 0,8 до 1,5% от его общего содержания. Этот элемент преобладает в глинистых фракциях почвы, поэтому суглинистые и тяжелые глинистые грунты лучше обеспечены калием, чем песчаные и супесчаные. На дерново-подзолистых почвах доступная водорастворимая часть калия составляет всего лишь 4,5 – 18 кг/га. А самое низкое содержание элемента (0,03 – 0,05%) наблюдается в торфянистых почвах.

Калийные удобрения. Необходимым условием для получения высоких урожаев является обеспечение культур достаточным калийным питанием. В качестве калийсодержащих удобрений используются переработанные (обогащенные) руды, содержащие водорастворимые формы калия. Различают два вида таких удобрений: концентрированные (хлористый калий, 30 – 40%-ные калийные соли, сульфат калия, поташ, калимагнезия) и сырые калийные соли (каинит и сильвинит), получаемые путем измельчения природных минералов и содержащие относительно небольшое количество калия, но более значительное – хлора.

Калийное голодание

Каинит и сильвинит применяются вместе с основным удобрением под культуры, отличающиеся невысокой чувствительностью к хлору. Но все же, чтобы избавиться от избыточного количества этого элемента, их вносят осенью, под зяблевую вспашку, чтобы большая часть хлора смогла переместиться в нижние горизонты почвы. Содержащиеся в каините и сильвините немалые примеси магния и натрия в комплексе с калием благоприятно действуют на рост и развитие корнеплодных растений (в том числе сахарной свеклы), капусты, клевера и др., особенно на легких почвах.

Основной источник для производства концентрированных калийных удобрений – калийсодержащие руды, из которых получают хлорид калия (КCl). Этот мелкокристаллический порошок розового или белого цвета содержит до 63% К₂О и наиболее широко применим в сельском хозяйстве для пополнения запасов почв доступным калием и устранения дефицита этого элемента в питании растений. Хлористый калий может применяться практически под все культуры и на любых почвах, но более предпочтителен в районах с большим количеством осадков и при кислой реакции грунтов. Для растений, чувствительных к хлору, следует соблюдать меньшую дозировку или обеспечить его преждевременное внесение с целью избежать возможно опасных концентраций и негативного воздействия хлора на эти культуры.

Сульфат калия (К₂SO₄) – удобрение, в составе которого находится до 46% калия (К₂О) и не содержится хлор, позволяет свободно применять его даже для хлорофобных культур (цитрусовые, бобовые, виноград, табак, лен, конопля, гречиха, картофель, репа, редис и др.). Кроме калия в этом удобрении присутствует еще один важный для культур элемент – сера. Сульфат калия может использоваться на любых типах почв и под любые культуры, как в закрытом, так и в открытом грунте. Наиболее предпочтительно его применение на кислых грунтах, где он помогает выровнять кислотно-щелочной баланс среды (показатель рН раствора сульфата калия составляет 5,5 – 8).

Калийные соли (30- и 40%-ные) получают путем смешивания хлористого калия с одной из сырых калийных солей (каинит, сильвинит), поэтому они обладают промежуточными свойствами. В результате количество калия (К₂О) в калийных солях может достигать 30 – 40%, содержание хлора снижается по сравнению с каинитом или сильвинитом, к тому же появляется очень полезная для культур примесь магния или натрия. Применять калийные соли для чувствительных к хлору растений следует с осторожностью, либо использовать другие виды калийных удобрений. Обычно калийные соли вносят в почву осенью с глубокой заделкой удобрений.

Калимагнезия отличается невысоким содержанием калия (до 29%), но содержит магний (до 9%), необходимый для питания растений, благодаря чему обладает преимуществом перед сульфатом калия, также являющимся бесхлорным соединением. В качестве калийсодержащих удобрений применяют также и отходы промышленности – цементную пыль и печную золу. Они хорошо растворимы в воде и содержат помимо калия целый комплекс других полезных элементов.

В современной агрономии практикуется применение комплексных удобрений, позволяющих проводить обогащение почв сразу несколькими жизненно важными для культур элементами. Эти миксы помимо макроэлементов содержат еще множество полезных веществ, способствующих лучшему развитию растений, повышению их плодородия и получению более качественного урожая. К наиболее известным высокоэффективным азотно-фосфорно-калийным удобрениям относятся нитроаммофоска, нитрофоска, аммофоска, диаммофоска и др.

Оптимальный способ устранения дефицита калия в культурах заключается в применении хелатных удобрений. Комплексные удобрения, производимые в хелатной форме, обладают максимальной доступностью для сельскохозяйственных растений и позволяют восполнить недостающие в их питании элементы в кратчайшие сроки. Хелаты представляют собой сложные металлоорганические соединения, содержащие ионы металлов в растворимой форме, что обеспечивает 90% усвоения их растениями, в отличие от 30 — 40% в случае использования растворимых солей. Учитывая высокую подвижность калия в растениях, хелатные удобрения можно применять для корневой и, в особенности, для листовой подкормки культур, получая при этом наилучшие результаты.

agrostory.com

Биологическая роль натрия, калия, кальция и магния — Студопедия.Нет

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЭЛЕМЕНТОВ S-БЛОКА

К s-элементам относятся две группы Периодической системы: IА и IIА.

В группу IА входят 8 элементов: литий, калий, натрий, рубидий, цезий, франций, водород, гелий. В группу IIА входят 6 элементов: бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий.

Общим является застраивание в их атомах электронами s-подуровня внешнего энергетического уровня.

СРАВНЕНИЕ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ IА И IIА (КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ ОСАДКОВ) НА ПРИМЕРЕ Na, K И Mg, Ca

Общая характеристика элементов IА и IIА

Элементные вещества — типичные металлы, обладающие блеском, высокой электрической проводимостью и теплоповодимостью, химически весьма активны.

Как следует из электронных формул, элементы IА группы (Na, K) имеют на внешнем энергетическом уровне по одному s электрону. Элементы IIА группы (Mg, Ca) по 2 s электрона.

Химические свойства s элементов IА и IIА групп сходны.

s-элементы IА и IIА имеют относительно большие радиусы атомов и ионов.

s-элементы IА и IIА групп легко отдают валентные электроны. Являются сильными восстановителями. С ростом радиуса атома в группах IА и IIА ослабевает связь валентных электронов с ядром, следовательно s-элементы этих групп имеют низкие значения Е_и и Е_{ср. к ẽ}. Все щелочные и щелочноземельные металлы имеют отрицательные стандартные окислительно-восстановительные потенциалы, большие по абсолютной величине. Что также характеризует их, как сильных восстановителей. Восстановительные свойства возрастают закономерно с увеличением радиуса атома. Восстановительная способность увеличивается по группе сверху вниз.

Для элементов IIА группы характерна большая, чем для элементов IА группы способность к комплексообразованию.

s-элементы IА и IIА образуют соединения с ионным типом связи.

Исключение составляет водород, для которого в соединениях даже с самыми электроотрицательными элементами характерна преимущественно ковалентная связь (например, фтороводород или вода). Частично ковалентный характер связи в соединениях имеет место у лития, бериллия и магния.

Сравнение свойств элементов IА и IIА (комплексообразование, образование осадков) на примере Na, K и Mg, Ca

Атомы элементов IА группы имеют по одному валентному электрону на s подуровне внешнего энергетического уровня. Это обуславливает проявление степени окисления +1.

Все элементы IА группы сходны по свойствам, что объясняется однотипным строением не только внешней, валентной оболочки, но и предвнешней (исключение литий).

С ростом радиуса атома в группе IА ослабевает связь валентного электрона с ядром. Соответственно, уменьшается энергия ионизации атомов. Так как радиус атома калия больше, чем радиус атома натрия, то энергия ионизации калия меньше, чем у натрия.

В результате ионизации образуются катионы Э⁺, имеющие устойчивую конфигурацию благородных газов.

Химическая активность металлов IА группы возрастает закономерно с увеличением радиуса атома и уменьшением их способности к гидратированию (чем меньше способность к гидратированию, тем активнее металл).

Так как радиус атома калия больше, чем радиус атома натрия, то способность к гидратации для катиона калия будет ниже, чем для катиона натрия, а, следовательно, химическая активность катиона калия выше, чем у катиона натрия.

Вследствие незначительного поляризующего действия (устойчивая электронная структура, большие размеры, малый заряд ядра) комплексообразование для ионов щелочных металлов малохарактерно. Вместе с тем, они способны образовывать комплексные соединения с некоторыми биолигандами (КЧ для натрия и калия может принимать значения 4 и 6). Способность образовывать донорно-акцепторные связи с соответствующими лигандами едва намечается у натрия. У калия имеется значительная тенденция к использованию имеющихся в атоме вакантных d-орбиталей.

Например, образование комплексов калия с антибиотиком валиномицином. Валиномицин образует с калием прочные комплексы, связывание этого антибиотика с натрием очень незначительно.

Большинство солей щелочных металлов хорошо растворимы в воде (исключение составляют некоторые соли лития).

Атомы элементов IIА группы имеют по два валентных электрона на s подуровне внешнего энергетического уровня.

В нормальном состоянии у атомов этих элементов нет неспаренных электронов, но при переходе атомов в возбужденное состояние один из s валентных электронов переходит на р-подуровень. Это обуславливает проявление степени окисления +2.

Степени окисления больше +2 элементы IIА группы не проявляют.

Несмотря на то, что число валентных s электронов у атомов IIА группы одинаково, свойства магния и кальция отличаются друг от друга.

Это связанно с тем, что в атоме кальция, в отличие от атома магния, имеются свободные d-орбитали, близкие по энергии к ns орбиталям.

Магний и кальций существенно различаются размерами атомов и ионов:

· металлический радиус атома Mg = 160 пм;

· металлический радиус атома Ca = 197 пм.

· кристаллический радиус иона Mg²⁺ = 74 пм;

· кристаллический радиус иона Ca²⁺ = 104 пм..

Больший размер иона кальция обусловливает и более высокое координационное число этого иона – КЧ (Ca²⁺) 6, 8, тогда как КЧ (Mg²⁺) – 6. Прочность комплексных соединений уменьшается по мере увеличения радиуса атома, следовательно, комплексные соединения магния будут более прочными, чем комплексные соединения кальция. Ион Mg²⁺ образует шестикоординационные соединения регулярной структуры. Ca²⁺образует несимметричные комплексы. Кальций предпочтительно координируется с атомами кислорода, магний – с атомами азота.

Многие соли щелочноземельных металлов малорастворимы в воде (малорастворимы CaF₂, MgF₂; практически не растворимы фосфаты кальция и магния). Причем с ростом порядкового номера растворимость солей снижается.

Такой характер изменения растворимости солей играет важную роль в биологическом действии катионов этой группы. Уменьшение растворимости кальция фосфата и карбоната по сравнению с фосфатами и карбонатами магния является, по видимому, одной из причин формирования скелета всех живых организмов именно из этих соединений кальция.

В живых организмах из ионов кальция и фосфат-ионов образовался кристаллический минерал ГИДРОКСИЛАПАТИТ – Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ – основное вещество костной и зубной ткани. Магний является макроэлементом, но лучшая растворимость магния фосфата Mg₃(PO₄)₂ и основного карбоната Mg(OH)₂)*4MgCO₃*H₂O объясняет тот факт, что его соединения не сыграли значительной роли в построении скелета.

Биологическая роль натрия, калия, кальция и магния

Натрий

В организме человека натрий находится в виде его растворимых солей: хлорида, фосфата, гидрокарбоната.

Распределен по всему организму:

в сыворотке крови,

в спинномозговой жидкости,

в глазной жидкости,

в пищеварительных соках,

в желчи,

в почках,

в коже,

в костной ткани,

в легких,

в мозге.

Натрий является основным внеклеточным ионом. Концентрация ионов Na⁺ внутри клетки примерно в 15 раз меньше, чем во внеклеточной жидкости.

В виде противоионов в соединениях с фосфорной кислотой (Na₂HPO₄ + NaH₂PO₄) органическими кислотами натрий обеспечивает кислотно-основное равновесие организма.

Ионы натрия участвуют в регуляции водного обмена и влияют на работу ферментов.

Натрия хлорид NaCl – основной источник соляной кислоты для желудочного сока.

Ионы натрия принимают участие в формировании разности потенциалов на мембране.

Препараты натрия, применяемые в медицине

Изотонический раствор – NaCl (0,9%) – для инъекций вводят подкожно, внутривенно и в клизмах при обезвоживании организма и при интоксикацях. Также применяют для промывания ран, глаз, слизистой оболочки глаза, также для растворения различных ЛП.

Гипертонические растворы — NaCl (3-5-10%) – применяют наружно в виде компрессов и примочек при лечении гнойных ран. По закону осмоса применение таких компрессов способствует отделению гноя из ран и плазмолизу бактерий (антимикробное действие).

2-5% р-р NaCl назначают внутрь для промывания желудка при отравлении AgNO₃.

Ag⁺_(р) + Cl¯_(р) → AgCl_(т)

Натрия гидрокарбонат NaHCO₃ используют при заболеваниях, сопровождающихся ацидозом.

Механизм

NaHCO₃ + RCOOH → H₂O + CO₂ + RCOONa

RCOONa натриевые соли органических кислот в значительной мере выводятся с мочой, CO₂ – покидает организм с выдыхаемым воздухом.

NaHCO₃ также используют при повышенной кислотности желудочного сока, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки.

NaHCO₃ + HCl → H₂O + NaCl + CO₂

Имеет ряд побочных эффектов.

NaHCO₃ применяют в виде полосканий, промывания при воспалительных заболеваниях глаз, слизистых оболочек верхних дыхательных путей. В результате гидролиза NaHCO₃ водный раствор имеет слабощелочные свойства. При воздействии щелочи на микробные клетки происходит их гибель.

NaHCO₃ + H₂O → NaOH + CO₂ + H₂O

Натрия сульфат Na₂ SO₄*10 H₂ O – применяют в качестве слабительного средства. Соль медленно всасывается из кишечника, что приводит к поддержанию повышенного осмотического давления в полости кишечника. В результате осмоса происходит накопление воды в кишечнике, содержимое его разжижается, сокращения кишечника усиливаются и каловые массы быстрее выводятся.

Натрия тетраборат Na₂ B₄ O₇*10 H₂ O – применяется наружно как антисептическое средство для полосканий, спринцеваний, смазываний. Антисептическое действие аналогично NaHCO₃, связано со щелочной реакцией среды в результате гидролиза.

Na₂B₄O₇ + 7H₂O → 2NaOH + 4H₃BO₃

Радиоактивный изотоп ²⁴ Na в качестве метки применяют для определения скорости кровотока, используют для лечения некоторых форм лейкемии.

Калий

В организме человека калий находится:

в крови,

в почках,

в сердце,

в костной ткани,

в сердце,

в мозге.

Калий является основным внутриклеточным ионом. Концентрация ионов К⁺ внутри клетки примерно в 35 раз больше, чем во внеклеточной жидкости.Ионы калия играют важную роль в физиологических процессах – сокращении мышц, нормальном функционировании сердца, проведении нервных импульсов, обменных реакциях. Являются важными активаторами внутриклеточных ферментов.

Действие Na+, К+-АТФазы и возникновение разности потенциалов на клеточных мембранах

Многие важные биологические процессы осуществляются только при условии различного ионного и молекулярного состава внутри клеток и во внеклеточной жидкости. Концентрация ионов К⁺ внутри клетки примерно в 35 раз больше, чем во внеклеточной жидкости, концентрация ионов Na⁺ внутри клетки примерно в 15 раз меньше, чем во внеклеточной жидкости. Чтобы поддерживать такое распределение ионы калия должны перемещаться из внешней среды внутрь клетки, а ионы натрия – наоборот, поступать из клетки во внеклеточное пространство. Т.е. должен осуществляться перенос ионов из области с более низкой концентрацией в область с более высокой концентрацией. Самопроизвольно такой процесс протекать не может. Нормальное распределение ионов натрия и калия обеспечивается работой натрий-калиевых насосов. Работа этих насосов по переносу ионов против градиента концентрации и по поддержанию этого градиента требует большой затраты энергии, следовательно, сопровождается макроэргической реакцией гидролиза АТФ.

За счет энергии гидролиза одной молекулы АТФ три иона Na⁺ выводятся из клетки, а два иона К⁺ — поступают в клетку. В итоге на мембране клетки возникает разность потенциалов: наружная поверхность мембраны заряжается положительно, а внутренняя – отрицательно.

Магний

поджелудочной железе,

скелетных мышцах,

почках,

мозге,

печени и сердце.

Является внутриклеточным катионом. Концентрация ионов Mg²⁺ внутри клеток примерно в 2,5-3 раза выше, чем во внеклеточной жидкости.

Во внутриклеточной жидкости АТФ и АДФ присутствуют, в основном, в виде комплексов MgАТФ^2- и MgАДФ^2-.

Во многих ферментативных реакциях активной формой АТФ является комплекс MgАТФ^2-.

Препараты магния, применяемые в медицине

MgO магния оксид – применяют в качестве антацидного средства при повышенной кислотности желудочного сока.

MgO + HCl → H₂O + MgCl₂

MgCl₂ – обладает легким послябляющим эффектом.

MgO магния оксид (85%) и магния пероксид MgO₂ (15%) «магний перекись». Применяют при кишечных расстройствах.

MgSO₄*7 H₂ O магния сульфат (горькая соль) – в зависимости от дозы может обладать седативным, снотворным или наркотическим эффектом. Применяют и как слабительное.

В качестве адсорбирующего и обволакивающего средства применяют тальк силикатное производное Mg²⁺ — 2 MgSiO₃* Mg(HSiO₃)₂.

Кальций

Относится к макроэлементам. Общее содержание в организме – 1,4%.

Содержится в каждой клетке человеческого организма. Основная масса – в костной и зубной тканях. В костях и зубах взрослого человека около 1 г кальция находится в виде нерастворимого кристаллического минерала ГИДРОКСИЛАПАТИТА – Ca₁₀( PO₄)₆( OH)₂_.Ионы кальция принимают активное участие в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, регулировании работы сердечной мышцы, механизмах свертывания крови.

Препараты кальция, применяемые в медицине

Кальция хлорид CaCl₂ – при отравлении солями магния, также оксалат- и фторид- ионами. Применение препарата в первом случае основано на взаимозамещаемости ионов кальция и магния в организме, во втором – на образовании нетоксичных малорастворимых соединений.

Кальция карбонат CaCO₃ – обладает антацидным и адсорбирующим действием, назначают внутрь при повышенной кислотности желудочного сока.

Кальция сульфат CaSO₄*1/2 H₂ O – жженый гипс. Применяют для приготовления гипсовых повязок при переломах.

studopedia.net

Роль калия в жизни растений – Fitofert Россия

Решение проблемы

В средние или тяжелые почвы, где движение калия затруднено, перед посадкой необходимо внести нитрат калия. Определение необходимой нормы внесения должно основываться на анализе почвы.
В песчаных почвах, где калийные удобрения продвигаются быстрее, внесение водорастворимых макроудобрений в почву, как правило, помогают быстрой коррекции дефицита калия.
Дефицит калия может быть быстро откорректирован через систему капельного полива (фертигацию).
Эффективным методом также можно считать листовые подкормки калиевыми препаратами в течение короткого периода времени.
Для культур, выращиваемых на гидропонике, используют питательный раствор, содержащий 150-200 мг/л K.

Избыток калия

Растения из доступных ему питательных веществ предпочтительно поглощает ионы калия. При чрезмерном внесении калия резко сокращается поглощение, прежде всего магния и кальция. Поэтому на почвах, переудобренных калием, плоды часто страдают от дефицита кальция, а на листьях возникают признаки недостатка магния. Когда калий для растений находится в избытке, в почве затрудняется также и поглощение растением микроэлементов.

Такие физиологические нарушения, как побурение мякоти, побурение сердечка и загнивание чечевичек, а также преждевременное опадение листьев и др. часто считают следствием чрезмерного удобрения калием.

Особенно опасно излишнее количество калия на фоне недостатка азота и фосфора.

Калийные удобрения лучше вносить несколько раз малыми дозами, чем один раз в большой концентрации. Кроме того, следует знать, что калий действует на растение лучше, если удобрение внесено во влажную почву при прохладной погоде.

Определить потребность калия для растений можно в известной степени на основании данных почвенного анализа. Примерные дозы калийных удобрений при недостаточном содержании калия в почве равны 150—200 кг/га К2О, при нормальном — 100—150 кг/га К2О; при избыточном содержании калий не вносят.

Калийные удобрения

Основными источниками калия являются: нитрат калия, сульфат калия, сульфат калия-магния и хлорид калия. Самый быстрый источник в доступной для растения форме это калиевая селитра. Данное удобрение является идеальным удобрением на стадии налива плодов. Из-за своей хорошей мобильности он может быть потреблен растением через час после внесения в почву. Благодаря своему взаимодействию с ионами (нитратами) он также важен на данной стадии развития, он требует минимального количества влаги в почве для растворения и доступности растения. Другие источники калия имеют преимущество из-за более низкой стоимости, однако они имеют и свои недостатки.

Например, сульфат калия имеет более низкую растворимость, чем нитрат калия. Второй пример: хлорид калия поставляет большое количество хлоридов, которые в больших дозах являются токсичными для растений. Учитывая негативное влияние хлора на культуры, хлористый калий вносят в грунт только на зиму, перед вспашкой.

Третий вариант: калимагнезия (сульфат калия-магния) слишком медленно преобразуется в доступную форму. Из-за перечисленных особенностей рекомендуется использовать данные источники калия в небольших количествах или только на начальных этапах развития растения, чтобы обеспечить переход удобрений в доступную форму и избежать накопления токсичности из-за хлоридов. Кроме того почва должна получить достаточное количество осадков для вымывания хлоридов, которые могут навредить растению.

Один из основных недостатков наличия хлоридов в почве это их конкуренция с ионами нитратов, фосфатов и сульфатов за вход в растение; чем больше хлоридов проникает в растение, тем меньше других анионов попадет в растение. Хлориды также повышают общий уровень солей в почве и поэтому повышают уровень ЕС. При достижении определенного уровня засоленности, уровень потребление растением воды снижается. Данный феномен может привести к повышению стресса из-за снижения влажности почвы в результате чего размер плодов уменьшаются, а урожайность, соответственно, снижается.

Таблица 2. Характеристики калийных удобрений.

Общее название	Формула	Характеристики
Калиевая селитра	KNO₃	Является идеальным калийным удобрением на всех этапах роста, также является частичным источником нитратного азота для растения. Имеет высокую растворимость 320 г/л при 20°С.
Сульфат калия	K₂SO₄	Является идеальным калийным удобрением на поздней стадии роста, когда растению не требуется азот. Сульфат калия имеет ограниченную растворимость около 6% (при смешивании с другими удобрениями).
Бикарбонат калия	К(НСО₃)₂	Используется в основном как регулятор рН для его повышения.
Хлорид калия	KCl	Хлориды не рекомендуется широко использоваться для культур, т.к. они чувствительны к высокому содержанию солей в корневой зоне. Использование хлористых удобрений приводит к конкуренции в корневой зоне между анионами (NO₃^–, h3PO₄^–,SO₄^2-), что в конечном итоге приводит к нарушению баланса питательных веществ.

Еще раз перечислим основные функции калия и эффект его внесения.

При достаточном поступлении калия в растение:

Процессы окисления в клетках идут интенсивнее
Усиливается клеточный обмен
Растение легче переносит недостаток влаги
Фотосинтез ускоряется
Возрастает ферментативная активность
Легче проходит обмен белков и углеводов
Растения быстрее адаптируются к отрицательным температурам
Образуется больше органических кислот
Повышается сопротивляемость к патогенным факторам

При нехватке калия:

Из простых углеводов не синтезируются сложные
Образование белка в клетках прекращается.
Происходит задержка в развитии репродуктивных органов.
Стебель становится слабым.

Все вышеперечисленные факторы прямо или косвенно влияют на формирование плодов и их качества, а значит и на вашу прибыль!

Линейка комплексных водорастворимых NPK-удобрений ФИТОФЕРТ ЭНЕРДЖИ содержит сбалансированный состав всех основных элементов питания в зависимости от потребностей растений на каждом этапе его развития, способствуя их эффективному росту и развитию!

ФИТОФЕРТ ЭНЕРДЖИ 5-55-10 СТАРТ– на начальном этапе растение не нуждается в больших количествах калия, поэтому в данном удобрении он представлен в виде монофосфата калия. Соотношение активных K и P в препарате оптимально для максимального плодоношения, а также повышения стойкости растений к болезням, вредителям и заморозкам.

ФИТОФЕРТ ЭНЕРДЖИ 20-20-20 БАЛАНС – данное удобрение содержит сбалансированный состав по всем основным элементам, калий в нем представлен в виде быстродоступного нитрата калия и монофосфата калия.

ФИТОФЕРТ ЭНЕРДЖИ 15-5-33 АКТИВ – на этапе налива плодов одним из основных элементов является калий, в состав данного удобрения входят 3 видов калийных удобрений, 50% нитрата калия, как самого быстрого и легкодоступного источника калия, 22% нитрата аммония, позволяющий получить калий в более отсроченное время, обеспечивая его непрерывную подачу, и монофосафата калия.

ФИТОФЕРТ ЭНЕРДЖИ 0-15-45 ФИНИШ – данное удобрение применяется на финальных этапах формирования подов – окрашивания и созревания, поэту нитратная форма калийных удобрений в нем исключена. В данном удобрении калий представлен в виде сульфата, которые способствуют созреванию плодов и монофосфата калия, когда растениям нужна дополнительная энергия, которую обеспечивает фосфор.

fitofert.ru