Микроудобрения  вчера, сегодня и завтра

​

  В современных интенсивных технологиях выращивания сельскохозяйственных культур для повышения урожайности и качества растениеводческой продукции практически обязательной операцией стало применение микроудобрений. 

​

​

 Минеральные соли как микроудобрения

​

  В настоящее время, с учетом низкой стоимости и доступности, нередко в качестве однокомпонентного микроудобрения в хозяйствах применяют минеральные соли  или их смеси в одном  баковом растворе .  Это преимущественно сульфаты меди,  цинка, марганца и кобальта, молибдат аммония,  раствор кристаллического йода, ванадат натрия или аммония, борная кислота или бура. К достоинствам сульфатов следует отнести тот факт, что, кроме микроэлемента, они поставляют сульфат-ион, сера которого хорошо усваивается растением. Но, как показала практика, минеральные соли микроэлементов по своей эффективности уступают более широко применяемым хелатным соединением микроэлементов: хелаты в дозах, в 2-10 раз меньших, чем минеральные соли (в эквиваленте по микроэлементам), обеспечивают равные прибавки урожаев основных сельскохозяйственных культур.

​

  Применение микроудобрений на основе минеральных солей, наряду с дешевизной и доступностью, имеет серьёзные недостатки:

    - микроэлементы в форме солей слабо проникают через восковое покрытие листьев, труднодоступны растениям, эффективны только на слабокислых  и кислых почвах;

      - происходит засоление почв различными анионами и катионами (Na+, Cl-);

  - смешивание разных солей в одном рабочем растворе часто приводит к их взаимодействию с образованием нерастворимых и недоступных растениям соединений.  

     - при высокой жесткости воды рабочего раствора удобрения в форме минеральных солей взаимодействует с солями жесткости, образуя осадок - карбонаты применяемых микроэлементов и малорастворимый сульфат магния. Это снижает эффективность удобрения и возможна закупорка форсунок опрыскивателя.

​

​

Микроудобрения в форме фосфитов – солей фосфористой кислоты

​

   Привлекательная идея - создать микроудобрения, содержащие в своем составе усвояемые соединения фосфора. Известно, что растения усваивают фосфор только в форме фосфатов. Но фосфаты всех биогенных металлов нерастворимы в воде. Поэтому некоторые отечественные производители микроудобрений решили производить микроудобрения на основе фосфитов.

​

  Соли фосфористой кислоты – фосфиты, в отличие от фосфатов, хорошо растворимы в воде. При обработке вегетирующих растений водными растворами фосфитов последние из листьев поступают в корневую систему и снижают развитие её корневых гнилей, стимулируют защитные механизмы самого растения. В программе питания растений фосфором нельзя говорить о какой-либо замене фосфатов фосфитами. В настоящее время нет доказательств того, что фосфиты могут быть напрямую использованы растением как источник фосфора. Необходимо окисление фосфита до фосфата. Но до сих пор в научной литературе не описаны ферменты, которые могли бы осуществить этот процесс. Поэтому не корректно на этикетках микроудобрений с фосфитами  давать информацию о содержании в удобрениях усвояемого фосфора.

​

  Большинство зарубежных фирм используют фосфиты  как продукты с фунгицидной активностью, так как этот эффект препаратов хорошо виден при их использовании, особенно при защите растений от ложной мучнистой росы и грибов рода Phytophtora.

Среди фосфитов, позиционирующихся как биостимуляторы, известен препарат Nutri-Phite Magnum S немецкой фирмы Agroplanta. Этот препарат усиливает рост корней и их активность, благоприятно влияет на закладку репродуктивных органов. Механизм его действия на растения пока не изучен.

​

  Кроме этого препарата на рынке представлены и другие продукты с фосфитами. Это Kafom   (Испания, содержит фосфиты K, Mg, Zn, Mn и Са), Квантум-Фитофос (НПК «Квадрат», содержит фосфит калия), Козырь (Sakura, Германия, содержит фосфиты K, Mn, Zn, Mo и Сu) и др.

​

  В странах ЕС запрещено использование удобрений, содержащих в своем составе фосфиты. Это связано с тем, что фосфиты образуют токсичные продукты со многими органическими веществами в почве или в баковой смеси. Даже в крайне низких концентрациях фосфиты проявляют общетоксическую активность относительно всех живых организмов, не являются источником элементов питания растений.

​

​

Гуминовые препараты

​

  Как правило, гуминовые препараты в сухом веществе содержат 60-65% гуматов, семь основных микроэлементов – Fe, Mn, Zn, Mo ,Сu, Co и B в виде комплексных соединений с гуминовыми кислотами и незначительное количество макроэлементов. Они хорошо растворимы. Однако, концентрация микроэлементов в гуматах очень низкая, что не позволяет рассматривать их в качестве серьезного источника микроэлементов для растений.

​

  По сути, гуминовые препараты - это хорошие органические удобрения, а не микроудобрения. Высокая щелочность жидких гуминовых препаратов затрудняет их обогащение микроэлементами даже в форме классических хелатов.

​

​

Микроэлементы в хелатной форме

​

  В последние годы практикой наиболее востребованы хелатные микроудобрения на основе синтетических и природных органических кислот. Применение таких удобрений - удобный, эффективный и экономически оправданный способ обеспечить растения элементами, способствующими их активному росту  и  усилению  иммунитета.  Преимущества таких микроудобрений оценили уже миллионы аграриев.

 

  В производстве хелатных  микроудобрений используют ряд различных органических кислот. Производство подавляющего большинства  импортных и отечественных микроудобрений базируется на двух компонентах - ЭДТА - (этилендиаминтетрауксусная кислота) и ОЭДФ - (оксиэтилидендифосфоновая кислота). Основные свойства наиболее распространенного комплексона - ЭДТА – это способность связывать ионы некоторых элементов, среди которых Ca2+,  Fe3+, Cu2+, Ni2+,Co2+,Zn2+ с образованием стабильных комплексов - хелатов (от греческого chele -крабовая клешня). Конечно, аграриев прежде всего интересует влияние удобрений с ЭДТА на продуктивность растений, биологическую активность почвы и экономическую эффективность их применения. И вот здесь как раз и кроется множество проблем, которые проявляются не сразу. В частности, доказано, что микроудобрения на основе ЭДТА  не эффективны  при корневых подкормках  растений на карбонатных и щелочных почвах (pH ≥8).

​

  Кроме того, ЭДТА способна связывать, отнимать кальций из любых структур, его содержащих, в том числе - из растительных клеток. А кальций - важный макроэлемент, который участвует в ключевых физиологических и биохимических процессах живого организма. Недостаток кальция приводит к снижению урожайности, ухудшению качества семян и плодов, уменьшению сроков их хранения. Поэтому, после внесения микроудобрений на основе ЭДТА желательно проводить внекорневую обработку растений удобрениями, содержащими кальций.

​

  Особо надо отметить, что ЭДТА не усваивается растениями. Отдав растению микроэлемент, он попадает в почву, концентрируясь, в основном, в её верхнем десятисантиметровом слое. Так как ЭДТА очень устойчивое соединение, то, оказавшись в земле, не разрушается, связывает тяжелые металлы, в том числе ртуть, кадмий, мышьяк, свинец и другие. Тяжёлые металлы, находясь в почве в виде солей, обычно малорастворимы и плохо усваиваются растениями. Образование же растворимых комплексов ЭДТА с тяжелыми металлами приводит к более интенсивному и не контролируемому их поглощению корневой системой. Исследованиями доказано, что это негативно влияет на накопление растениями тяжёлых металлов даже на третий год после её однократного внесения. В результате концентрация тяжелых металлов в растениях может повышаться до токсического уровня, что приводит к их угнетению, уменьшению урожайности и снижению качества продукции.

​

  Масштабное применение ЭДТА повышает риск её негативного воздействия на окружающую среду, так как это химическое соединение плохо разрушается в природе. Поэтому за достаточно короткое время она стала одним из самых распространенных антропогенных загрязнителей, в том числе - мирового океана. Таким образом, использование микроудобрений на основе ЭДТА  является весьма опасным для сельского хозяйства и окружающей среды. В долгосрочной перспективе оно приведёт к увеличению загрязнения сельскохозяйственных земель, деградации почв, уменьшению урожайности и ухудшению качества продукции. Исправить эти последствия трудно, а иногда  - и невозможно. Во многих странах, в частности, в Канаде и ряде европейских стран запрещено применение микроудобрений на основе ЭДТА.

​

  Второй, широко применяемый в производстве микроудобрений хелатирующий агент – это  ОЭДФ. На основе этой кислоты могут быть получены все стабильные индивидуальные хелаты металлов и их композиции различного состава. По своей структуре ОЭДФ  близка к природным соединениям на основе полифосфатов. При ее разложении образуются химические соединения, не токсичные для растений. Хелаты, полученные  на основе ОЭДФ,  эффективны на почвах различной кислотности  (рН 4,5 – 11,0), оказывают антивирусное и ростостимулирующее действие. Основным недостатком ОЭДФ является ее слабая хелатирующая способность относительно ионов железа, меди и цинка. В рабочем растворе, особенно при высокой жесткости воды, эти важные биологические элементы замещаются кальцием, их эффективность значительно снижается. С экологической точки зрения хелаты на основе ОЭДФ значительно менее опасны, чем на основе ЭДТА.  Но надо учитывать, что под действием биологических факторов  хелаты на основе  ОЭДФ практически не разлагаются. А абиотическое их разложение в природных условиях, особенно в водоемах,  под действием света приводит к образованию ацетатов и фосфатов.

​

  В научной литературе  отсутствуют данные об образовании в растительном организме фосфатов из ОЭДФ и усвоении растениями  фосфора микроудобрений,  полученных на основе ОЭДФ. Поэтому не вполне корректно в рекламно-информационных материалах писать о содержании в таких микроудобрениях усвояемого фосфора.

​

​

Наноматериалы в растениеводстве   

​

  При современном бурном развитии нанотехнологий и многочисленности получаемых наноматериалов с уникальными свойствами понятен интерес исследователей к вопросу , как наноматериалы влияют на растения, их продуктивность и другие аспекты.

​

  Результаты многочисленных исследований последних лет свидетельствуют о том, что наночастицы биогенных элементов характеризуются сверхвысокой реакционной активностью, высокой проницаемостью  в ткани растений, повышением эффективности физиологических и биохимических процессов. Положительное влияние на развитие и продуктивность основных сельскохозяйственных культур, а также бактерицидное действие наночастицы оказывают в «гомеопатических» дозах – на 5 - 6 порядков ниже, чем тот же продукт в макроразмерном  состоянии.

​

  В качестве микроудобрений изучены коллоидные растворы наночастиц многих биогенных элементов, ультрадисперсные порошки металлов, углеродные нанотрубки и фуллерены. Наномикроудобрения способствовали  повышению полевой всхожести семян, значительному увеличению урожайности культур и улучшению качества растениеводческой продукции. 

​​

  В последнее время развитие нанотехнологий  способствовало разработке новых  методов хелатирования  микроэлементов с использованием в качестве хелатантов  реакционно слабых  природных  ди- и триосновных пищевых карбоновых кислот – лимонной, янтарной, малоновой, винной, яблочной  и др. Эти кислоты способны образовывать  хелатные комплексы практически со всеми биогенными металлами, а также - биоорганические комплексные соединения с серой, йодом, бромом. Синтез аналогичных хелатов ранее мог осуществляться   только в живых клетках.

Методом ИК-спектроскопии доказано,   что цитраты биогенных металлов являются комплексными соединениями с хелатной связью. 

  

  Многочисленными исследованиями  установлено, что именно хелатирующие агенты определяют, в конечном счете, эффективность удобрения и степень усвоения микроэлементов растениями. По мнению   ряда  ученых,  хелатные комплексы на основе пищевых кислот являются наиболее перспективными и безопасными для воздействия на все виды биологических объектов.

​

​

Хелатные комплексы природных карбоновых кислот

​

  Хелаты на основе пищевых карбоновых кислот по химической структуре  идентичны естественным компонентам живых клеток. Они являются неотъемлемыми участниками обменных процессов, протекающих в растительных и в животных организмах, в частности – в циклах Кребса и Кальвина.  Сталкиваясь с такими  хелатными комплексами, живые клетки воспринимают их как  естественные источники не только необходимых  биогенных микроэлементов, но и дополнительной энергии. А синтетические хелаты не встречаются в живой природе, и при их использовании  растению необходимо со значительными затратами энергии утилизировать  или вывести из своего организма чужеродный синтетический лиганд,  роль которого - выполнить  только транспортную функцию по доставке  биогенного  микроэлемента.  

​

  При проведении сравнительной оценки  целесообразности использования в качестве микроудобрений   хелатов  биогенных металлов на основе синтетических  лигандов и на основе органических пищевых кислот важно отметить следующие научно доказанные факты.

​

   Константы устойчивости    хелатов  основных биогенных металлов на основе ЭДТА   составляют от 8,7 для магния до  25,1  для железа, для хелатных комплексов на основе лимонной кислоты - соответственно  от  3,2   до 14,0.  Это говорит о том, что  цитрато-хелаты  при попадании в растение более чем в 2 раза  легче и быстрее раскрываются,  отдают  свои   катионы металлов и  анионы карбоновых  кислот, которые служат элементом питания и источником дополнительной энергии. 

    Новые хелатные комплексные  соединения имеют более широкую  область применения, не только в растениеводстве.  Они являются универсальным инструментом для воздействия на все биологические объекты, в том числе - на организм людей и животных. Например, цитрато - хелат магния является основой известного фармацевтического препарата «Магне-В6».   Наилучшим доказательством безопасности  новых хелатов является возможность их использования  в составе лекарственных препаратов, пищевых добавок для людей и в препаратах для животноводства.    Цитрато- и сукцинато-хелаты   биогенных  микроэлементов уже сертифицированы как разрешенные к применению в органическом земледелии.

​

  Для всех областей применения новых органохелатных комплексов важен  тот факт, что с применением нанотехнологий они могут быть получены с ионами металлов в  низкой  степени окисления. Уникальность микроэлементов в низкой степени окисления состоит в том, что они одновременно могут быть и катализаторами биохимических процессов, и антиоксидантами, и противовирусными веществами.  

  На базе таких комплексов для растениеводства могут быть созданы препараты, оказывающие  на растения одновременно ростстимулирующее, стресспротекторное и защитное действие.

​

  С применением пищевых органических кислот как  лигандов созданы хелатные комплексные соединения более чем с 30-тью химическими элементами, что дает возможность  разработки широкого ассортимента препаратов направленного действия с учетом особенностей различных культур и для  решения задач как оптимизации процессов питания,  повышения стрессоустойчивости,  так и защиты растений. 

​

​

Заключение.

​

  Целью этой статьи было проведение обзора и  объективной  оценки основных  преимуществ и недостатков  химических соединений, применяемых в составах микроудобрений и прогноз развития направления.  

​​

  Основной вывод можно сделать следующий. Технологии производства микроэлементных удобрений развиваются в направлении повышения их эффективности, как экологической, так и экономической. Именно с учетом такой направленности, на смену неорганическим минеральным микроудобрениям  пришли синтетические хелаты,  как  более эффективные формы микроэлементных соединений. Но  экологическая опасность и основанные на этом ограничения  их использования  в ряде развитых стран ставит под сомнение перспективность применения синтетических хелатов в ближайшем  будущем.  Новое поколение хелатов на основе натуральных пищевых кислот  обладает  рядом  очевидных преимуществ по безопасности, эффективности и возможности создания широкого ассортимента целевых продуктов.   Из  вышеизложенного следует, что процесс замещения синтетических хелатов  натуральными, хоть и  зависит от многих факторов, но выглядит  неизбежным.

​

​

​

​

​