Азот, фосфор, калий и … КРЕМНИЙ
09.11.2015
Изучение кремния как элемента питания растений началось одновременно с такими макроэлементами, как азот, фосфор и калий. В силу исторических обстоятельств, данному элементу уделялось намного меньшее внимание. Однако, научные умы беспокоил вопрос кремния, такие известные ученые, как Ю. Либих, А. Гумбольдт, Д.И. Менделеев, В.И. Вернадский, К. Гедройц, И.В. Тюрин, К.Л. Аскинази, В.А.Ковда, Г.В Добровольский и другие считали его важным элементом в системе почва-растение.
Все элементы, необходимые для нормального роста и развития растений, условно подразделяют на две группы: макроэлементы (органогены C, H, O, основные макроэлементы N, P, K, второстепенные макроэлементы Ca, S, Mg) и микроэлементы (Mo, Cu, B, Mn, Fe, Zn, Ni, Cl). Наряду с необходимыми, выделяется также группа т.н. «полезных элементов», к которым относят Al, Na, Si, Co, Se. Эти элементы не являются абсолютно необходимыми для нормального прохождения жизненного цикла всех растений, однако их присутствие в питательном растворе положительно влияет на рост и развитие многих видов. Ряд полезных элементов может пополняться в ходе научного изучения их значения; в скорости он может пополниться такими элементами, как Cr, V, Ti, Sr, Ba.
Кремний в растении
Для растений кремний доступен в форме силикатной кислоты Si(OH)4 (или H4SiO4). Уже в растении кремний в виде аморфного соединения SiO2•nH2O передвигается по проводящей системе и транслоцируется преимущественно в клеточных стенках, где взаимодействует с пектинами и полифенолами, увеличивая упругость и прочность клеточной стенки, в также под кутикулой и в межклеточном пространстве. Эти силикатные тела имеют название фитолиты, или растительные опалы. Они очень устойчивы к разложению.
Наиболее обогащены кремнием листья, куда он переносится с транспирационным потоком. Там силикаты полимеризуются и уже не являются источником доступного кремния для других частей растения.
Хотя кремний содержится во многих растениях, на сегодня его необходимость доказана только для представителей семейства Хвощовые (Equisetaceae) и Мятликовые (Poaceae). Однако дефицит кремния у многих растений приводит к нарушениям роста, развития и репродуктивной функции. Как полезный элемент, силиций способствует улучшению экспозиции листовой пластинки по отношению к свету, устойчивости к вылеганию, уменьшает подверженность заражению патогенами и корневыми паразитами, увеличивает устойчивость к абиотическим стрессам (загрязнение тяжелыми металлами, засоленность почв, засуха, высокие и низкие температуры, УФ излучение и др.).
Доказано положительное действие кремния на повышение устойчивости растений к засухе. Элемент способствует поддержанию водного баланса растений, повышению эффективности фотосинтеза, способствует эрректоидному положению листьев и улучшению структуры сосудов ксилемы при высоком уровне транспирации, вызванном высокой температурой и нехваткой влаги. Также было замечено, что оптимальное питание растений кремнием способствует более экономному потреблению растением воды для синтеза органического вещества (снижение транспирационного коэффициента).
Повышение устойчивости растений к засухе, как правило, указывается как один из основных положительных эффектов кремния. И это влияние окажется еще более важным, если учесть, что только 12% общих запасов зерна пшеницы получают в регионах достаточного увлажнения.
Кроме структурной роли, кремний помогает растениям противостоять атакам насекомых, болезням и другим стрессам.
Одним из наиболее изученных положительных эффектов кремния на растения является его роль в уменьшении восприимчивости к грибковым заболеваниям. Было доказано, что присутствие Si стимулирует активность таких ферментов, как хитиназы, пероксидазы, полифенолоксидазы и флавоноидные фитоалексины – все эти соединения играют свою роль в защите растений от грибковых патогенов.
Также кремний может быть полезен в корректировке дисбаланса между цинком и фосфором.
Силикат кальция помогает нормальному функционированию корневой системы растения в условиях затопления. Проблема водного стресса сегодня является частой проблемой в регионах с избыточным увлажнением.
Наряду с полезным влиянием на растительный организм, кремний также считается полезным элементом для животных, поэтому внесение кремнийсодержащих удобрений является важным критерием при выращивании кормов и продуктов питания.
Симптомы дефицита кремния как правило нельзя заметить в поле. Косвенным признаком низкого содержания доступного кремния в почве может быть повышенный уровень заболеваемости растений и поражения вредителями. Зерновые культуры при низкой обеспеченности Si более подвержены вылеганию.
Более точную информацию о кремниевом статусе растения может дать анализ растительных тканей и почвенный анализ. В зависимости от вида растения, содержание в них кремния может колебаться от 0,1 до 15% сухого вещества; больше кремния накапливают однодольные растения (до 10-15%), тогда как двудольные характеризуются низким содержанием силиция (0,5% и менее). Однако, в отличие от других элементов, не для всех растений существуют градации обеспеченности кремнием, что усложняет интерпретацию результатов.
Не все растения одинаково реагируют на внесение кремниевых удобрений. Наиболее часто эффект проявляется при внесении на рисе и сахарном тростнике. Среди других культур, откликающихся положительно на внесение Si, можно назвать тыкву, огурец, кукурузу, пшеницу, овес, многие декоративные культуры.
Кремний в почве
Силиций (кремний) Si является достаточно распространенным в природе элементов, составляя до 25% земной коры. Он является основным компонентом песка и глинистых минералов, поэтому ранее не считали возможным его дефицит. Однако проведенные в последние годы исследования показали, что внесение кремния в доступной для растений форме положительно влияет на их рост и развитие.
Дефицита кремния можно ожидать на сильно выветренных почвах, на почвах с промывным режимом. Геологически более молодые почвы содержат как правило большие количества доступного кремния. Анализ почв на содержание силиция редко входит в классический набор анализов, но некоторые лаборатории предоставляют такой сервис. Однако, на сегодня собрано еще недостаточно информации о корреляционных зависимостях между содержанием кремния в почве и поглощением его растениями, что усложняет интерпретацию результатов почвенного анализа.
Для определения содержание монокремниевой кислоты в почве используют метод Маллена и Райли, для растений используется методика Elliot и Snyder.
Нужно заметить, что растения, выращиваемые на песчаных почвах, часто имеют низкую концентрацию кремния. Хотя песок в основном состоит из диоксида кремния SiO2, содержание в таких почвах доступного для растений кремния очень низкое. Также эти почвы имеют хороший дренаж, что не позволяет накапливаться доступным формам кремния и способствует его вымыванию.
Часто отклик на внесение кремниевых удобрений проявляется на органических почвах. Также такого эффекта можно ожидать в теплицах при использовании органических грунтосмесей.
Источники кремния в сельскохозяйственном производстве
Потенциальными источниками кремния являются растительные остатки, органические удобрения и различные компосты. Солома пшеницы и других хлебных злаков способны вернуть в почву значительные количества кремния. Концентрация Si в соломе пшеницы колеблется от 0,15 до 1,2% в зависимости от почвы. Однако, темпы высвобождения этого кремния из растительных остатков очень медленные. В историческом аспекте источником кремния для растений были зола, рисовая солома (в древнем Китае даже обязывали крестьян вносить ее на поля).
Поливная вода также может стать источником кремния для растений. Основной формой кремния в воде является силикатная кислота. Дождевая вода содержит менее 0,2 мг/дм3 Si, и этого недостаточно для агрономических нужд. Поливная вода может содержать от 3 до 30 мг/дм3 кремния.
Кремниевые удобрения способны поставить достаточные количества Si растениям в доступной форме. Основными критериями выбора становятся цена, физические свойства, простота внесения. Также должны быть учтены сопутствующие элементы.
Наиболее частым источником кремния является силикат кальция CaSiO3. Измельченные шлаки сталелитейного производства богаты на силикат кальция. Поскольку этот продукт также нейтрализует почвенную кислотность и поставляет Са, он часто вносится как альтернатива другим известковым материалам на почвах с низким рН. Природным минералом силиката кальция является волластонит, при мелком помоле может быть источником кремния. Диатомит, содержащий от 80 до 90% SiO2 также может быть хорошим источником Si. Также источником кремния является цеолит, парамонова глина, туфы, доломиты, дуниты. Шлаки черной, цветной и алюминиевой металлургии, а также шлаки фосфорной промышленности могут быть использованы в качестве кремниевых удобрений, если не содержат высоких концентраций поллютантов и канцерогенов. Это особенно актуально для стран с развитой металлургией, где утилизация отходов становится насущной проблемой.
Силикаты калия K2SiO3 и натрия NaSiO3 также широко используются как источник кремния в плодоовощеводстве и тепличном хозяйстве. Они являются хорошо растворимыми соединениями, которые могут быть добавлены в питательный раствор и внесены с помощью внекорневых подкормок. Однако, ответная реакция растений на внесение Si, поглощенного через корневую систему, сильнее, нежели через листовую поверхность.
Для внекорневого внесения предлагаются удобрения, представляющие собой раствор концентрированной монокремниевой кислоты, стабилизированной щелочью.
Другие продукты, содержащие силикаты, как природные, так и отходы промышленности, обязательно должны быть протестированы на наличие нежелательных примесей.
Внесение силикатных удобрений способствует также улучшению почвенных условий. Так, было доказано, что внесение кремния способствует уменьшению уплотненности почвы, улучшает водный и воздушный режимы, увеличивает водоудерживающую способность почвы (в некоторых опытах – до 35-40%). Также кремниевые удобрения способны уменьшить токсичность почвы в отношении марганца, железа и алюминия.
Нормы и сроки внесения
Потребность во внесении силикатных удобрений нелегко предсказать, основываясь на доступных на сегодня почвенных анализах. Однако анализ почвы на рН и потребность в известковании могут стать инструментов в оценке оптимальных норм внесения силиката кальция. С практической точки зрения наиболее рациональным является использование CaSiO3 в качестве известкового материала. Нормы внесения в этом случае определяются в соответствии с потребностью почвы в известковании.
В системе фертигации источником кремния будут растворимые силикаты, такие как K2SiO3 и NaSiO3, а также CaSiO3, внесенный в почву или смешанный с грунтосмесью.
Достаточная обеспеченность растений Si может положительно повлиять на развитие растений различным образом, в особенности при выращивании их в стрессовых условиях.
Сегодня интерес к кремниевым удобрениям возрастает не только в западных странах, но и в странах бывшего СССР. Внесение кремния стало практикой в Японии, Южной Корее, Китае, Индии, Колумбии, Мексике, США, Австралии, Бразилии. Производство кремниевых удобрений возрастает ежегодно в среднем на 20-30%.
Среди кремнийсодержащих удобрений, предлагаемых отечественным рынком, нужно назвать удобрения Келик Калий+Кремний (Atlantica Agricola, Испания), Квантум-Аквасил (НПК «Квадрат», Украина), Интермаг-Алкалин Калиевый + Si (Intermag, Польша).
Про кремниевые удобрения также читайте на нашем сайте: https://infoindustria.com.ua/udobreniya-s-kremniem-panatseya-ili-mif/
Мучнистая роса на растениях тыквы без и с внесением волластонита (силиката кальция) (Источник: Joseph Heckman. Silicon: A Beneficial Substance)
Инфоиндустрия
эксперт рынка агрохимии Логинова Ирина
Читайте нас у TelegramПов’язані теми:
