Дорогоцінний метал у ґрунті чи брухт?

Залізо… Дефіцит цього елемента у харчовій продукції входить у перші ряди факторів, що зумовлюють високу смертність людей або інвалідність. А все починається із поля: ми безпосередньо вживаємо в їжу продукти рослинного походження або опосередковано – через продукцію галузі тваринництва. Формуючи свій «ланцюг живлення», ми інколи забуваємо про необхідність споживання збалансованої їжі. На жаль, подібна картина розгортається і на полях нашої країни: економія на мікродобривах.Чи катастрофічною є ситуація щодо балансу заліза в українських ґрунтах? Спробуємо розібратися.

Необхідність заліза для нормального росту і розвитку рослин було встановлено ще в далекому 1860 році. І він був першим серед всіх мікроелементів. З того часу нагромадилося багато інформації щодо живлення залізом різних сільськогосподарських культур. Проте акцент на значимості цього мікроелемента вже ніхто не робить. На це є одна вагома причина – високий кларк заліза у земній корі (близько 5%). Відповідно, ґрунти є високозабезпеченими на цей елемент живлення.
Таку тезу підтверджують і картограми вмісту заліза у ґрунтах України. Для культур невисокого виносу забезпеченість знаходиться на достатньому рівні. Якщо говорити про групи культур із підвищеною або високою потребою, то ймовірно, що дефіцит заліза може спостерігатися на полях лівобережної частини нашої держави. Саме у цій частині, а особливо ближче до півдня, знаходяться карбонатні чорноземи. На ґрунтах із лужною реакцією середовища (рН > 7) вивільняється незначна кількість рухомих сполук заліза.

рН за 7! Не варто спати!
Для Феруму потрібна віза!
Бо там, де «рулять» карбонати,
Немає місця для заліза!

На «нейтральних» ґрунтах (рН = 5,5–7), зазвичай, рухомого заліза знаходиться у достатній кількості для формування високого врожаю. Про які значення йде мова? У працях дослідників вказано, що вміст рухомих форм у чорноземах може коливатися у межах 15–30 мг/кг. Звісно, вміст загального заліза суттєво вищий (понад 800 мг/кг), проте необхідні певні умови для його перетворення у доступні форми для рослин.
На ґрунтах із кислою реакцією ґрунтового середовища (pH < 5,5) підвищується рухомість заліза і посилюється його засвоєення рослинами, особливо за умов нестачі кальцію та магнію. Встановлено, що вміст рухомого заліза може зрости до 175 мг/кг і вище. Як наслідок таких процесів, цей елемент живлення перетворюється із мікроелемента в токсикант.
Наприклад: концентрація Fe2+ більше 500 мг/кг у ґрунтовому розчині була токсичною для проростків рису.
Реакція ґрунтового середовища – це лише один із показників, який опосередковано впливає на доступність сполук заліза. Цей мікроелемент перебуває в «антагоністичних» відносинах із іншими елементами живлення. Найбільш «недружні» стосунки із фосфором. Значні норми внесення фосфорних добрив і, відповідно, зростання співвідношення P:Fe суттєво погіршують живлення сполуками заліза. Ці елементи конкурують між собою на поверхні коренів. Фосфор заважає поглинанню та руху заліза в рослинах.
Залізо та марганець схожі за своїми метаболічними функціями. Хлороз на рослинах (ключова ознака нестачі Fe) зустрічається на різних культурах за умови, що ґрунти мають високий вміст доступного марганцю. Цей мікроелемент конкурує із залізом за транспорт від коренів до листків.
У відносинах між залізом та молібденом можливим є як синергізм, так і антагонізм. І тут питання полягає лише у кількості молібдену. При оптимальному вмісті цього мікроелемента відбувається прискорення поглинання заліза, а при високому – цей процес суттєво гальмується. На певних культурах (наприклад, цитрусові) хлороз може бути спричинений високою концентрацію міді у поживному розчині.
Високий вміст цинку негативно впливає на надходження заліза до рослини. При цьому ефект є значно сильнішим, ніж від інших важких металів. Токсична дія цинку проявляється, в першу чергу, на кислих ґрунтах. Межа токсичності визначається як видовими характеристиками, так і генетичними, а також фазою росту і розвитку культури.
З іншого боку, залізо має синергічні зв’язки із сіркою. Встановлено, що за нестачі першого вміст сухих речовин у рослинах томату знижувався на 40%, другого – 65%, а їх одночасної нестачі – на 67% відносно ділянок із оптимальними рівнями забезпечення цими елементами живлення (S. Zuchi et al., 2015). Подібна тенденція характерна і для вмісту протеїнів.
Ключова характеристика ґрунту, яка визначає доступність заліза – вміст органічної речовини. На ґрунтах із високим вмістом «органіки» залізо буде присутнє у формі Fe2+ у ґрунтовому розчині або адсорбоване на поверхні грунтових частинок. Біохімічні компоненти чи органічні кислоти і комплексні полімери (гумінові та фульвокислоти) формують розчинні комплекси із залізом або діють як хелатуючі агенти. Таким чином, на ґрунтах із вищим вмістом органічної речовини доступність цього мікроелемента значно зростає.
В основному, залізо ґрунту представлене у формі Fe3+, сполуки якої є важкодоступними для рослин. Форма Fe2+ є більш доступною для живлення рослин, але її вміст відносно невисокий і визначається певними ґрунтовими умовами. Використання заліза із ґрунту рослиною – не такий простий процес, як для інших макро- та мікроелементів. Цей елемент живлення у найбільшій кількості споживається частиною кореня, яка знаходиться за 1-4 см від його верхівки. Поглинання заліза – активний процес, що вимагає додаткових затрат енергії. Рослина здатна перевести Fe3+ до Fe2+ і використати його із органічної сполуки або хелата. Дослідження засвідчують, що цей процес відбувається на поверхні клітини і при цьому використовується електрони з цієї ж таки клітини. Хелат заліза рухається до кореня за допомогою масового потоку або дифузії.
Залізо, що споживає рослина, використовується для діяльності різних ферментативних систем та гормонів. Саме цей елемент використовується при побудові хлоропластів, зокрема хлорофілу. Як наслідок, основна ознака нестачі – поява некротичних плям на листках і хлороз (пожовтіння листової пластинки). Крім того, залізо бере участь у фотосинтезі, диханні, діяльності мітохондрій та інших процесах життєдіяльності. Залізовмісні білки беруть участь у відновленні нітритів і сульфатів (особливо важливо для представників родини Бобових). Враховуючи цей солідний перелік функцій, як встановити реальну потребу певної культури у цьому мікроелементі?
Реальну потребу можна встановити за показниками виносу заліза. Як бачимо, цифри засвідчують високу потребу більшості культур. Хочеться закцентувати увагу на тому, що для певних культур винос «головних» мікроелементів є нижчим, ніж заліза. Наприклад, цукровий буряк (відомий як «борофіл») виносить бору в 4 рази менше, а кукурудза («цинкофіл») використовує цинку втричі менше. Звісно, незважаючи на нижчі показники, ці мікроелементи першочергово визначатимуть продуктивність культури. Але потреба говорить сама за себе. Щоправда, основна маса заліза залишається на полі із нетоварною частиною врожаю. Так, у кукурудзі 50% цього елемента знаходиться у кореневій системі, 35% – у листі та обгортці початків і лише 15% – у зерні.
Потреба сільськогосподарських культур у залізі висока, проте і його вміст у ґрунті достатній для забезпечення рослин. А чи витри­мується баланс цього мікроелемента в таких умовах? З одного боку, застосування у значних об’ємах мінеральних добрив сприяє підкисленню ґрунтового розчину, а отже, і збільшенню концентрації заліза у ґрунті. Проте відмова від застосування органічних добрив і, відповідно, значні темпи дегуміфікації (зменшення вмісту «грунтової» органіки) суттєво знижують доступність цього елемента живлення для рослин.
Реальні темпи насичення сівозміни органічними добривами не покривають потребу не тільки у вуглеці, а й у інших важливих елементах живлення. Однією із статей надходження заліза було внесення суперфосфату, який також на сьогодні не використовується. Ось такі цифри щодо надходження заліза до ґрунту наведено у дослідженнях M. Shahid (2015): з органічними добривами надходить 3882 мг/кг, суперфосфату – 5550 мг/кг, калію хлористого – 454 мг/кг, сечовини – 1 мг/кг. У нас ще залишається калій хлористий!
Недотримання балансу призводить до «розбалансування ґрунтового механізму». І це стосується не лише заліза. Проблеми із нестачею цього мікроелементу час від часу виникають на полях. Проведені дослідження (Танделов, 1967) показали, що при внесенні хелатів у виг­ляді Fe-ДЕПО (диетилентриамін пентаоцтова кислота) у кількості 50 г на відро води під корінь, дерева через 13 днів повністю відновлювали зелене забарвлення листків, яке зберігалося до кінця вегетаційного періоду.
У вищевказаних дослідженнях внесення сірчанокислого заліза в ґрунт ефекту не давало. Це пояснюється тим, що закисне залізо в лужному середовищі переходить у важкорозчинну недоступну для плодових рослин форму.
Хелатні форми, навпаки, в умовах карбонатних ґрунтів утримують залізо доступним для рослини. При цьому кореневе внесення Fe-ДЕПО дало кращі результати, ніж позакореневе.
Виробництво препарату було налагоджено у Всесоюзному інституті реактивів і особливо чистих речовин за ініціативи Л. К. Островської (1965). Проте через дорожнечу його виробниц­тво було зупинено.

Не їсть залізо! В чому справа?
І чим залізо приправляти?
А для заліза є приправа –
Приправа з назвою «хелати»!

На сьогодні ринок мінеральних добрив пропонує досить широкий асортимент залізовмісних препаратів. Хелатні добрива можна вносити коренево, проте економічно доцільніше використовувати їх у позакореневому підживленні. При виборі варто звернути увагу на хелатуючий агент. Саме від нього залежатимуть властивості хелатів заліза. Наприклад, EDDHA має високу вибірковість до Fe3+ при рН від 4 до 10. Такий високо ефективний хелат може бути сформований лише із залізом. Fe-EDTA ефективний до рН=6,5. З підлужненням його ефективність знижується. На це варто звертати увагу і при кореневому внесенні (рН грунту), і при позакореневому (рН води).
Питання щодо застосування залізовмісних добрив не стоїть гостро. Проте довгострокове неправильне господарювання може призвести до ще більшого підкислення ґрунтового розчину, зниження вмісту гумусу і погіршення агрохімічного фону… Тому для того, щоб не думати про внесення мікроелементів у ґрунт, потрібно подбати про умови їх найбільшої доступності вже сьогодні.

Олексій Тарасенко