Получение и применение биологически доступных соединений железа, стабилизированных гуминовыми веществами (1105651), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Кроме того, при промышленном синтезе лигандов используютмонохлоруксусную кислоту и этилендиамин, получаемые из хлорированныхуглеводородов. Все эти вещества представляют значительную опасность, как длячеловека, для и для окружающей среды в целом. Одним из возможных путейрешения перечисленных проблем является использование соединений железа сприродными соединениями – гуминовыми веществами.Перспективность использования гуматов железа в качестве экологическибезопаснойальтернативысинтетическимхелатамжелезанеоднократнорассматривалась в литературе [126]. В работе [127] указывается, что комплексыFe(III) с ГВ являются биодеградируемыми безопасными для окружающей средыэффективными заменителями синтетических хелатов, а в работе [128] показываетсявозможность использования синтетических хелатов в смеси с ГВ.
В указаннойработе было продемонстрировано, что комплексы железа (III) с ГВ устойчивы вшироком диапазоне pH, как и синтетические хелаты, а также подчеркнуто, чтоприсутствие калия и ГВ повышает агрономическую ценность данных препаратов.Способность соединений железа с ГВ корректировать железодефицитноесостояние растений была неоднократно продемонстрирована [129], [130], [131],[132].Например,привнесениижелеза,находящегосявкомплексес29экстрагируемыми водой ГВ (Fe-ЭВГВ), в растворы, на которых выращивалиогурцы, испытывающие дефицит железа, происходило восстановление зеленойокраски листьев и повышение накопления биомассы.
Результаты показали, чтокомплексы Fe-ЭВГВ служили для растений источником железа, при этом корниогурцов выделяли фермент железоредуктазу, который восстанавливал железо (III)[129].В работе [130] были проведены исследования с использованием питательныхрастворов по изучению комплексов железа с ГВ в качестве источников железа длярастений. Эксперименты по изучению поглощения гумата железа были проведеныс растениями подсолнечника в качестве тест-объекта. Гумат железа был полученпропусканием очищенных гуминовых кислот через катионообменную смолу,насыщенную радиоактивным изотопом59Fe в качестве метки. Экспериментыпоказали, что гумат железа – хороший источник железа, которое было успешнопоглощено корнями растений.Аналогичные данные приведены в работе [130], где были проведеныисследования по изучению комплексов железа с ГВ в качестве источников железадля растений подсолнечника в условиях водной культуры.
Эксперименты показали,что комплексы железо – ГВ являются источником доступного для растений железа,которое легко поглощалось корнями растений [131], [132]. Кроме данных обиологической доступности комплексов железо – ГВ, есть также результаты,свидетельствующие о том, что ГВ оказывают положительное действие набиодоступность микроэлементов, в том числе железа, вносимых в виде другихсоединений [133].Принимаяво вниманиеучастие ГВ в транспорте и обеспечениибиологической доступности элементов минерального питания растений, можнопредположить,чтоГВявляютсядоступной,эффективнойибезопаснойальтернативой синтетическим хелатам.301.3 Соединения железа с гуминовыми веществами1.3.1 Соединения железа в почвахВ почве минералы железа представлены, в основном, оксидами игидроксидами; минералы других классов – карбонаты и сульфиды – встречаютсязначительно реже.
Подробному изучению почвенного железа посвящены работы[106],Гидроксиды[134].термодинамическойобразуютстабильностью:рядминералов,ферригидритразличающихсяFe2O 3∙2FeOOH∙2,5H2O,фероксигит δ-FeOOH, лепидокрокит γ-FeOOH и гетит α-FeOOH. Единственнымтермодинамически стабильным гидроксидом является гетит. С течением временифероксигит может спонтанно переходить в гетит, а ферригидрит - в гематит илигетит. Однако в каждый момент времени в почвах присутствует какое-токоличество нестабильных гидроксидов. Это объясняется тем, что в почве не толькоисчезают, но и образуются новые частицы нестабильных гидроксидов.
Кроме того,присутствие ферригидрита и фероксигита свидетельствует об активности в почвегетеротрофных окисляющих микробов. Без участия микроорганизмов происходитхимическое осаждение железа с формированием гетита и лепидокрокита. В почвепроисходит процесс образования и накопления в почве оксидов и гидроксидовжелеза – оксидогенез [135], при этом активное участие в этом процессе принимаеторганическое вещество почвы, в том числе ГВ [106].В почвоведении определение группового состава соединений железапроводят по схеме анализа почв, предложенной С. В. Зонном [136], котораяпозволяет оценить содержание железа в виде силикатных и несиликатныхсоединений.Всоставенесиликатныхсоединенийжелезавыделяютокристаллизованные и аморфные, в составе аморфных – минеральные иорганические.
Для извлечения этих групп соединений железа применяют триосновные экстракционные схемы: методы Мера-Джексона, Тамма и Баскомба.Кроме того, используют и другие методы исследования состояния железа в почве.В составе органоминеральных соединений выделяют два типа гидроскижелезистых органических комплексов по степени их ополимеризованности, ихизвлекают из почв растворами тетрабората натрия и натриевой соли ЭДТА [137]. В31жидких фазах почв железо может присутствовать в степени окисления +2 и +3. Ихконцентрация и соотношение зависят от кислотно-основных и окислительновосстановительных условий и других факторов. И трех-, и двухвалентное железо вжидких фазах представлено аква- и гидроксокомплексами, а также комплексами сболее сложными органическими лигандами.
Несиликатные соединения железа впочвах представлены главным образом гидроксидами и оксидами, в составекоторых содержится до 90% всего железа в почвах. Оксиды и гидроксиды могутбыть представлены дискретными частицами, пленками на поверхности почвенныхминералов, могут находиться в форме материала, цементирующего почвенныечастицы. Определение несиликатного железа по Меру - Джексону основано навосстановлении дитионитом натрия (Na2S2O4) и извлечении двухвалентного железараствором цитрата натрия (C6H5O7Na3). Определение аморфных, наиболеемолодых, свежеосажденных несиликатных соединений железа проводится пометоду Тамма растворением в оксалатном буфере (H2C2O4·2H2O+(NH4)2C2O4·H2O)с pH 3,3 [106].
Установлено, что при таком методе определения извлекаются нетолько аморфные, но и кристаллические формы, поэтому в настоящее время дляжелеза,извлекаемогооксалатнымбуфером,вместопонятия«аморфное»используют термин «оксалаторасторимое». Для определения содержания железа,связанного с органическим веществом, используют метод, предложенныйБаскомбом, основанный на извлечении соединений железа пирофосфатами натрияи калия.
Железо, связанное с органическим веществом, извлекают растворомK4P2O7 с pH 10. Однако пирофосфат калия извлекает из почв не только железо,связанное с органическим веществом, но и часть свежеобразованных наиболеерастворимых гидроксидов железа. Растворению гидроксидов железа способствуетобразование растворимых относительно устойчивых пирофосфатных комплексовжелеза.
Содержание силикатных соединений железа оценивается по разностиобщего содержания железа и несиликатных соедигнений.В ходе выветривания и почвообразования железо теряется в глобальноммасштабе, в результате чего содержание железа в почвах составляет 3,8% присодержании в литосфере 5,1%. Выносимое из почв железо обогащает морские иокеанические осадки, содержание железа в которых выше, чем в литосфере – 5,6%[138], а также поступает в природные воды.321.3.2 Взаимодействие железа с ГВ в природных водахЖелезо является непременным компонентом природных вод, концентрациикоторого изменяются от микрограммов до миллиграммов на 1 л [139], [140].
Кприроднымпроцессам, определяющимпоступление соединений железа вповерхностные воды, относится химическое выветривание горных пород;подземный сток, а также хозяйственная деятельность человека [141].В зависимости от окислительно-восстановительного потенциала (Eh)природных вод железо проявляет характерные для него степени окисления +2 и +3.ВводныхрастворахчащевсеговстречаютсясоединенияFe (III),кактермодинамически более устойчивые.
На это указывает диаграмма состоянияжелеза Е-рН, построенная с использованием основных термодинамическиххарактеристик применительно к окислительно-восстановительным реакциям ипроцессам осаждения гидроксидов (Рисунок 4).Рис. 4 Диаграмма E-pH (диаграмма Пурбе) для железа [142]. Штрихпунктирной линиейпоказана область термодинамической устойчивости воды к окислению и восстановлению,штриховой линией — область кинетической устойчивости.Как видно из Рисунка 4, железо (II) обнаруживается в основном в водах снизкими значениями Eh (например, воды эвтрофных озер, некоторые грунтовые33воды и др.).
Насыщение воды кислородом приводит к быстрому окислению Fe(II)до Fe(III). Необходимо отметить, что скорость окисления Fe(II) в природных водахв несколько раз ниже, чем в чистом водном растворе. Многие исследователи [22],[24], [143], [144] считают, что подобное явление обусловлено способностьюорганических соединений природных вод стабилизировать Fe (II).В работе [144] предложена диаграмма, описывающая поведение железа вприсутствии органических веществ и кислорода (Рисунок 5).Рис. 5 Схема превращений соединений железа в водных средах в присутствиирастворенного органического вещества [144].Из диаграммы видно (Рисунок 5), что при отсутствии ощутимых количестворганического вещества Fe2+ быстро окисляются растворенным кислородом доFe3+, осаждаются в виде гидроксидов железа (III) и удаляются из системы(реакции 1 и 2).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
