Значение натрия для почвы, растений, животных

Натрий относится к подвижным катионам биосферы сильного биологического накопления и повышенной биогенности (Бг = 0,54).
Среднее генеральное содержание натрия в почвах 0,62%. Поведение натрия в экзогенных процессах тесно связано с Cl и SO4. В аридных холодных районах (высокогорные пустыни Средней Азии, Тибета, Якутии, Забайкалья) растворимость соды и сульфата Na снижается и они остаются в почвах, в результате в депрессиях накапливаются NaCl и MgCl2. При натриевом засолении Na+ вытесняет Ca2+ и Mg2+, и поглощающий комплекс приобретает Na состав. Этот процесс называется осолонцеванием и характерен для многих солончаковых почв, в то время как элювиальные почвы степей и пустынь имеют существенно Ca-Mg поглощающий комплекс. В солонцах поглощающий комплекс также имеет существенно Na состав, и в почвах содержится сода (pH≥8,5). Щелочная среда вредна для многих растений (кроме черной полыни и других типично солонцовых растений). В депрессиях солонцов концентрируется еще больше соды. Типична она для лесостепей, северных степей, саванн. Солонцы образуются не только при рассолении солончаков и при формировании почв на морских глинах с Na поглощающим комплексом. Сульфатное засоление и гипс уничтожают соду: Na2CO3+CaSO4⇔CaCO3+Na2SO4. Взаимодействие натрия обменного комплекса в засоленных почвах и корах выветривания с HCO3—Ca водами приводит к десорбции Na и формированию содовых вод и солонцов. Поэтому орошение пустынь, сухих степей и др. засушливых районов нередко приводит к вторичному засолению.
Кроме солонцов с преобладающим Na комплексом в нашей стране много солонцеватых почв, в которых в обменном комплексе всего от 5 до 30% Na. Это солонцеватые черноземы, каштановые и другие почвы, распространенные шире, чем типичные солонцы. Между почвами и растениями происходит постоянный обмен Na, засоление периодически сменяется рассолением. В общем, чем суше климат, тем интенсивнее идут процессы современного соленакопления и тем в большей степени сохраняются в континентальных отложениях и в почвах реликты — гипсоносные, соленосные и солонцовые горизонты, не связанные с современным уровнем грунтовых вод. В пустынях и полупустынях со среднегодовым количеством осадков 100—250 мм при испаряемости 1000—2500 мм галогенез проявляется повсеместно.
На примере Белорусского Полесья (гумидные кислые почвы) К.И. Лукашовым показано распределение Na в разных типах почв и соотношение с его содержанием в породах (%): дерново-подзолистые почвы на морене 0,43 (морена 0,46), такие же на песках 0,22 (пески 0,24), а на эоловых песках 0,18 (эоловые отложения 0,18), перегнойно-глеевые 0,30, торфяно-болотные 0,13, аллювиально-луговые 0,33. Для полупустынных ландшафтов по И.В. Иванову и др. содержание водно-растворимых солей в 2-метровом почвенном слое (%): светло-каштановые 0,4, серо-бурые 0,5, солонцы серо-бурой зоны 0,9.
Натрий — биологически незаменимый элемент, содержание его в организме млекопитающих, так же как К, Р, Cl, S, весьма высокое и уступает только О, С, Н, N, Ca. Кларк Na для биосферы 1,9%, биоса 0,02%.
Биофильность Na А. И. Перельманом определена как формально низкая — 0,008 (К 0,12, Ca 0,17). В живом веществе его содержится в среднем 2*10в-2% (с.); несколько больше Na в организмах животных (морские 40—480, наземные 40 мг/кг), чем в растениях (морские 330, наземные 12 мг/кг), а в морском биосе намного больше, чем в наземном; в бактериях среднее содержание 46 мг/кг. В планктоне в среднем содержится 3,5% Na (Na/K = 3,5), в том числе в фито- 3,0%, зоопланктоне 4,0%; во взвеси 4,0%. Особенно много Na в растениях-голофитах — водорослях, солянках (~0,5—2% на живую массу, в золе бурых водорослей 12,3%, в лебедовых 19,5%). Среднее для органики водорослей, по В.А. Ковалеву — 26,3 мг/кг. В обычных сухопутных растениях содержание Na чаще составляет n*10в-2 % на живую массу. Данные по золе сильно расходятся (%): по В.А. Ковде — грибы 2,7, кустистый лишайник 3,5, лехи 2,5, хвощи 1,5, плауны 0,9, дикие злаки 3,1, культурные злаки 1,8, крестоцветные 7,7, бобовые 3,4; по В.А. Ковалеву — лишайники 3 (n=112), мхи 4,6 (29), папоротники 2,4 (9), хвощи 2,4 (40), плауны 0,7 (4), голосеменные 0,6 (22), покрытосеменные 1,7 (282), двудольные 2,2 (660).
Зола растений по сравнению с почвами значительно обогащена Na, поэтому им особенно богат гумусовый слой, из которого Na быстро переходит в подвижное состояние. В связи с этим во влажном климате почво-биокругооборот Na не имеет значения.
Биогенность Na при среднем значении 0,54 варьирует в разных природных зонах: тундровая зона 0,038, лесная ~0,5 (древесная растительность 0,13, травянистая 0,02; среднее для лесотундры 0,07); степная 0,14; пустынная 2,4. В общем биогенность Na увеличивается с севера на юг.
В пищевых растениях и продуктах средние содержания Na и К в целом для нашей страны следующие (мг/кг): пшеница 80 и 3230, рожь 40 и 4240, тритикале 50 и 3680, овес 370 и 4210, ячмень 320 и 4530, просо 280 и 3280, гречиха 40 и 3250, рис 300 и 3140, сорго 280 и 2460, кукуруза 270 и 3400, горох 330 и 8730, фасоль 400 и 11 000, чечевица 490 и 6330, нут 720 и 9680, соя 60 и 16070; мука 30—70 и 1220—3100, крупы — до 150, в овсянке 350 Na, хлеб — от 2800 и ~1200 (сдобные пшеничные изделия) до 6200 и 2020 (серый), 6100 и 2450 (ржаной). В молоке содержание Na и К колеблется в незначительных пределах (мг/кг): коровье 500 и 1460, овечье 260 и 198, верблюжье 700 и 1800; в цельномолочных продуктах то же от 500 и 1460, в стерилизованном молоке до 320 и 950, гораздо выше содержание в молочных консервах, в сыворотке сухой 11000 Na, казеинате 15 000 Na, молоке сухом 4000 и 12000, сухом обезжиренном 4420 и 12240, сгущенном без сахара до 1240 и 3180; высокое содержание в кашах молочных детских с рисовой мукой (6400—6800 и 4500—5600), в сырах (Na — рокфор 19000, голландский 11000, сусанинский 7200). В овощах и фруктах количество Na (мг/кг) невелико — 60—300, К — среднее — обычно 1000—2000, до 5680 (картофель). В мясных и рыбных продуктах содержания Na таковы (мг/кг): говядина 730, свинина 650, баранина 1010, телятина 1080, крольчатина 570; субпродукты: мозги 1670, почки говяжьи 1040, то же бараньи 2000; более высокие — в мясных полуфабрикатах: котлеты 500—5500, колбаски 6300; в рыбе свежей 1000—2000, соленой 39000—48000. Для минеральных вод его концентрации (мг/кг) следующие: Ессентуки № 4 2900, Арзни 2100, Боржоми 2000, Нарзан 200, остальные 50—100. Отношение Na/К в продуктах меняется в широких пределах — от 0,01—0,5 в злаках, муке и крупах до 0,5—10 в хлебе, молочных и мясных продуктах.
У растений Na регулирует рост и развитие, у человека и животных находится во внеклеточном пространстве, определяет химизм организма и крови и обеспечивает уровень осмотического давления внеклеточных жидкостей, нормальную работу сердечной мышцы, нервно-мышечной возбудимости и д. При его избытке (≥6г/сут) повышается хрупкость сосудов, нарушается водный баланс организма. При недостатке (≤1 г/сут) наиболее чувствительной оказывается вначале нервная система, затем ухудшается общее состояние (слабость). У животных Na антагонист К, антагонизма с микроэлементами не установлено. В отличие от К, Na является основным элементом внеклеточной среды, составляя 90% всех катионов плазмы и определяя химическое водно-солевое равновесие K+⇔Na+ в организме. В организм взрослого человека поступление Na с пищей и жидкостями составляет ~4,4 г/сут, т. е. немного выше, чем К. (3,3 г/сут). Всасывание Na у человека в 5 раз больше, чем К. что обеспечивает постоянный обмен между кишечником и кровью. Na и Cl равномерно распределяются по внеклеточным жидкостям, легко диффундируя через оболочки капилляров, общее содержание Na в организме ~100 г (0,14% массы тела). Значительная часть Na у взрослого человека (~30%) находится в костной ткани.
В различных средах и органах человека Na, по обобщенным данным, распределен так (в скобках — число анализов; ж. — на живую массу, с. — сухую): кровь (мг/л) — общая 1969±5 (≥1000), в том числе эритроциты 284±0,2 (1217), плазма 3162 + 5 (3480), сыворотка 3251±10 (2298); молоко 400 мг/л (≥500); другие оценки (n*10в-6): кость 6970—14 100 (≥20); мозг 1660—1800 (20, ж.): волосы 18—1720 (≥1500); сердце 1700—1212 (15, ж); почка 2000 (ж.). 10000 (135, с.); печень 564—1735 (20, ж.), 5880 (92, с.); мышцы 730—1770 (60, ж.); ногти 332—3010 (700); кожа 69—2039 (ж.), 3000—4000 (20, с.); зубы 5300—7500 (21). Основное выведение — с мочой и потом; Tб=11 сут (99,9%).
В отечественной норме взрослый человек потребляет 4—6 г Na в день: 2,5 г с хлебом, 0,5—1 г с другими продуктами, 1—3 г при подсаливании пиши NaCl.