Подвижность цинка в почве
Широко распространен в природе, среднее содержание цинка в земной коре составляет около 83 мг/кг, а в поверхностных слоях почв изменяется от 17 до 125 мг/кг. Содержание валовых форм цинка в кислых породах ниже, чем в основных. В породах цинк присутствует главным образом в виде простого сульфида (ZnS), может также замещать Mg2+ в силикатах. При выветривании минералов образуется подвижный Zn2+, который может быть легко адсорбирован как минералами, так и органическими соединениями. В большей части почв цинк аккумулируется в поверхностных горизонтах и в основном ассоциирует с гидроксидами железа и алюминия и глинистыми минералами. Адсорбция Zn2+ может ослабляться при низких значениях pH (<<7) вследствие конкуренции с другими ионами. Это приводит к повышению мобильности цинка в кислых почвах.
Растворимость содержащих цинк минералов уменьшается в следующем ряду: Zn(OH)2 (аморфный) > α-Zn(OH)2 > β-Zn(OH)2 > γ-Zn(OH)2 > ε-Zn(OH)2 > ZnCO3 (смитсонит) > ZnO > Zn(PO4)2*4Н2О (виллемит) > Zn, адсорбированный твердой фазой почвы > ZnFe2O4 (франклинит). Все гидроксиды цинка, ZnO и ZnCaCO3 представляют собой основной потенциальный источник доступных форм цинка, так как их растворимость примерно в 10в5 раз больше, чем у цинка, адсорбированного твердой фазой почвы.
Растворимость цинка в почвах, следовательно, и доступность растениям, зависит от содержания глинистых минералов и гидроксидов железа и алюминия, а также от величины pH среды. При значениях pH<<7,7 цинк находится в почве преимущественно в форме Zn2+, в диапазоне pH 7,7 — 9.9 — в форме ZnOH+, при более высоких значениях pH (9,9) доминирует Zn(OH)2. Концентрация Zn2+ при значениях pH 5 составляет 10в-1 моль/л, а при pH 8 уменьшается до 10в10 моль/л. Следовательно, в карбонатных почвах осаждение цинка (в отличие от железа и марганца) в виде гидроксидов и карбонатов имеет второстепенное значение для питания растений. Вместе с тем существует обратная зависимость между растворимостью соединений цинка и насыщенностью почв кальцием и фосфором, что обусловлено повышенной сорбционной способностью таких почв.
Взаимодействие цинка с карбонатами представляет собой разновидность хемосорбции. Ока начинается с адсорбции цинка поверхностью карбонатов (Zn4Ca1-3CO3) и заканчивается осаждением цинка в форме карбонатов: Zn5(OH)6(CO3)2 и ZnCO3. Фиксация цинка в карбонатных почвах многократно усиливается в присутствии оксидов железа, что увеличивает риск возникновения у растений симптомов Zn-дефмцкта.
В полевых условиях концентрация подвижных форм цинка может уменьшаться под влиянием фосфорных удобрений вследствие образования слабо растворимого в воде Zn3(PO4)2. В то же время применение в течение 16 лет различных минеральных и органических удобрений не вызывало существенного снижения в почве мобильности цинка, а также других микроэлементов: меди, железа и марганца.
Цинк может взаимодействовать с низкомолекулярными органическими кислотами, образуя растворимые комплексы. Константы устойчивости комплексов цинка с органическим веществом почвы относительно низки, доля таких комплексов в почвенных растворах возрастает при pH>>7. Во многих случаях образование комплексов цинка с органическим веществом приводит к уменьшению адсорбции цинка на поверхности минералов и увеличению его доступности растениям. Однако в почвах, обогащенных органическим веществом, доступность растениям цинка может быть низкой вследствие образования прочно связанных с твердой фазой почвы комплексов.
В затопляемых почвах, предназначенных для выращивания риса, концентрация подвижных форм цинка может сильно снижаться, особенно при невысоком содержании органического вещества. Такое снижение мобильности, возможно, связано с образованием при низких значениях Eh почв, используемых для выращивания риса, нерастворимых в воде сульфидов цинка. Кроме того, в затопляемых карбонатных почвах могут возрастать значения pH, отрицательный заряд почвенных частиц и. как следствие, адсорбция почвой катионов металлов. При низких значениях pH (<<5) цинк обменивается на H+, в диапазоне pH от 5 до 8 — на структурные формы марганца, что приводит к закреплению цинка в почвах. Уменьшение мобильности цинка в затопляемых почвах может сопровождаться появлением у риса характерных симптомов недостатка цинка.
В воде при отсутствии других комплексообразователей и адсорбентов цинк координируется шестью молекулами воды и находится в форме аква-иона (Zn (H2O)6)2+. В свежей годе цинк существует исключительно в виде аква-иона в диапазоне pH 4-7. В этой же форме цинк встречается в типичных речных водах, кроме того, в виде ZnHCO3+, ZnCO3 и ZnSO4.
В почвах различают водорастворимые обменные, легкорастворимые (непрочносвязанные), кислоторастворимые, фиксиронанные и прочнофиксированные формы цинка. Классификацию детализируют в зависимости от природы соединений, в состав которых входит цинк: органическое вещество, глинистые минералы и др.
Дефицит цинка широко распространен в мире. Весьма характерен для Индии, Пакистана, Китая, Ирана, Турции и других стран. Основная причина возникновения дефицита цинка — его низкая подвижность в почвах.
В кислых дерново-подзолистых почвах России содержание подвижных форм цинка (1 н. КСl) выше (0,12-20 мг/кг), чем в почвах с близкой к нейтральной и щелочной реакцией среды. В черноземах, сероземах, каштановых и бурых почвах содержание подвижных форм цинка обычно не превышает 0,25 мг /кг.
