Агроэкологическая роль природных кремний содержащих препаратов

В растительной клетке кремний создает гидрофильные силикатно-галактозные комплексы, которые связывают свободную воду, тем самым повышая водоудерживающую способность клетки и растения в целом. Вследствие чего снижается порог образования кристаллов воды в клетках при заморозках и испарения воды при высоких температурах, повышается устойчивость к жаре и засухе, к холоду и заморозкам, а также к резким перепадам температур.

Также доказано, что кремний способствует лучшему обмену в тканях азота и фосфора, повышает потребление бора и ряда других элементов.

Одной из важных функций активных форм кремния является стимуляция развития корневой системы. При улучшении кремниевого питания увеличивается количество вторичных и третичных корешков на 20-100%.

Главная роль кремния – это защита от неблагоприятных воздействий окружающей среды на растения. Кремний не питает растения, он не участвует в обменных процессах, но природа специально заложила в растения специальный транспортный белок. Этот белок переносит только лишь кремний, никакие другие элементы, находящиеся в растении, он больше не переносит. Природа специально для кремния создала отдельный вид транспорта.

Исследования показали, что в результате биотического стресса (вредители, болезни) нападение идёт на какой-то отдельный элемент растения, — на лист, либо на какой-то орган. Если же это абиотический стресс (засуха, либо высокие температуры), то страдает растение в целом, и тогда в дело включаются именно кремний. С помощью транспортных белков он быстро проникает в те части растения, которые подвергаются воздействию стресса.

Как известно листовая пластина покрыта кутикулярным слоем. Это защитный слой, который заложен в растении природой.

Под кутикулярным слоем находится наружная стенка клетки эпидермиса. Этот кутикулярный слой имеет толщину 0,1 мкм, и он в принципе на несколько часов способен задержать проникновение гифы (корешка) гриба, который проникает через кутикулу и всеми силами старается добраться до сока растения, чтобы начать питаться. Несколько часов требуется для того чтобы прорвать эту оборону в виде кутикулы.

При проникновении гифы через кутикулу растение всё это чувствует, и начинается перенос транспортными белками кремния в место, подверженное поражением, и под кутикулой между капиллярным слоем и наружным слоем клетки эпидермиса образуется ещё один слой, состоящий из брони. Это броня в виде кремния, толщина слоя которого составляет 5 мкм. Естественно, что гифа должна ещё потратить не несколько часов, а возможно несколько дней на преодоление кремниевый защиты. А этого времени у гифы и гриба в целом может не быть, так как на солнце гриб может на поверхности просто засохнуть.

Обычно гриб хорошо держится в капельках, образуемых на поверхности листовой пластины. Во влажной среде гриб имеет идеальные условия для развития, тем более в эту капельку с транспирационным током выносится часть элементов питания. То есть гриб некоторое время, пока капля не высохла, несколько часов находится в комфортных условиях для развития. Это время для того чтобы добраться до клеточного сока. Кремниевый слой существенно задерживает и увеличивает время проникновения гифы гриба в клетку растения. Таким образом, можно существенно защитить растения, просто обеспечив их достаточным наличием кремния.

В почве большое содержание кремния, но он недоступен в такой форме для растения. Растение его взять не может. Если бы условия для развития растения были бы идеальные, то кремний был бы не нужен, но в экстремальных условиях без кремния растения зачастую погибают.

Кремний лучше всего применять через листовую поверхность. Через листовую поверхность усваивается 20-40%, через корневую 1-5%. Поэтому наиболее эффективно использовать именно при листовых подкормках.

Это шанс, который нельзя не использовать, — помогать растению именно природными средствами.

ИСТОРИЯ

Вопрос о роли кремния в физиологии и питании растительного организма имеет большую историю.

Впервые кремний содержащее вещество в растениях было обнаружено в 1790 году при исследовании аморфной массы серого цвета, которая выделялась на бамбуке (Bambusa vulgaris L.) в местах его повреждения. Позднее, в 1814 году ученым Дэви было отмечено, что кремний может принимать участие в минеральном питании растений. Тогда предполагалось, что этот элемент формирует внутреннюю, «скелетную» основу любого растения, аккумулируясь в эпидермальных тканях и создавая защитный барьер против возбудителей болезней и насекомых-вредителей.

В середине XIX века Юстус фон Либих первым поставил вегетационный опыт с применением кремниевых удобрений на сахарной свекле. По его данным внесение кремния в почву в виде силиката натрия повышало массу корнеплода и сахаристость его мякоти.

В начале прошлого столетия начались исследования по выяс­нению физиологической роли кремния в растениях . Так, в 1940 г. Вагнер и другие ученые в опытах с водными культурами пока­зали, что недостаток кремния вызывает значительное угнетение роста злаковых (кукурузы, овса и ячменя) и ряда двудольных растений (огурца, томата, табака и бобовых). По мнению авторов, это позволяет считать кремний необ­ходимым элементом в питании сельскохозяйственных культур.

Позднее интерес к кремнию сильно возрос, поскольку в долголет­них опытах Ротамстедской опытной станции (Великобритания) выявилось , что с помощью испытуемых силикатов кальция и натрия можно повышать урожайность растений в случаях недостатка в почве фосфора. Как стало потом известно, это является результатом увеличения доступности растениям почвенных фосфатов вследствие вытеснения их силикатами из коллоидов почвы.

Одними из первооткрывателей физиологической необходимости кремния для растений были ученые Пьер, Джодин, Креужак и Вульф. Ими установлено, что кремний является не только структурным элементом проводящих и покровных тканей, но и играет существенную роль в метаболизме растений. В частности утверждается, что кремний связывает молекулы олигосахаров и мукополисахаридов и транспортирует их из листьев в корневую систему .

В настоящее время изучение роли кремния в физиологии культурных растений и при их защите от фитопатогенных организмов остается одним из актуальных и востребованных в сельскохозяйственном производстве.

ЗНАЧЕНИЕ КРЕМНИЯ В ФИЗИОЛОГИИ И БИОХИМИИ РАСТИТЕЛЬНОГО ОРГАНИЗМА

Кремний является макроэлементом питания растений зольного типа, а его соединения входят в группу неотъемлемых компонентов любого растительного организма. Содержание кремния в золе культурных растений колеблется в среднем от 0,16 до 8,4%. Наибольшее количество Si содержится в злаковых культурах, содержание которого достигает 8-16%, а в растении риса — до 15-20% SiО₂ .

Установлено, что уже минимальная, достаточная для большинства растений концентрация монокремниевых кислот в почвенном растворе (не менее 20 мг/кг агрономически спелой почвы) повышает всхожесть семян зерновых и цитрусовых культур, ускоряет рост и формирование плодов томата, созревание початков кукурузы, а также увеличивает накопление крахмала в клубнях картофеля .

Применение кремний содержащих веществ на зерновых культурах способствует увеличению листовой поверхности растений, стимулирует общий рост, ускоряет наступление фаз колошения (выметывания) и созревания зерна. При этом увеличивается высота растений и количество продуктивных стеблей в кусте .

Кремний участвует в процессах фосфорилирования углеводов, что, в свою очередь, усиливает синтез простых сахаров и способствует повышению крахмалистости зерновых, сахаристости свеклы, цитрусовых и ягодных культур .

В целом, по выносу кремния все растения условно делятся на две группы:

растения с невысоким выносом (как правило, двудольные — картофель, гречиха, клевер и т.д.) и растения с повышенным выносом (в основном однодольные семейства, например, злаковые).

Также отмечено, что все растения выносят кремния несколько больше, чем других макроэлементов. Например, для картофеля величина выноса SiO₂ колеблется от 50 до 70 кг/га, для зерновых — от 100 до 300 кг/га. Максимальное количество кремния выносит сахарный тро­стник — до 700 кг/га в год .

Из сельскохозяйственных культур типичными кремнефилами являются подсолнечник (Helianthus annuus L.), сахарный тростник (Saccharum officinarum L.), столовая и сахарная свекла (Beta vulgaris L.), зерновые колосовые (особенно рис (Oriza sativa L.), пшеница (Triticum aestivum L.) и ячмень (Hordeum vulgare L.)), а также некоторые ягодные культуры, например, земляника (Fragaria ananassa D.).

Влияние кремний содержащих удобрений изучено и выявлено их положительное действие на культурах из семейств злаковых (Poaceae), бобовых (Fabaceae), пасленовых (Solanaceae), тыквенных (Cucurbitaceae), маревых (Chenopodiaceae), рутовых (Rutaceae), виноградовых (Vitaceae) и других.

Как отмечается М.П. Колесниковым растения поглощают кремний из почвенного раствора в виде ионов (SiO₃ 2- ) и (SiO₄ 4- ), а также в виде собственно монокремниевых кислот (Н₂SiO₃ и Н₄SiO₄), которые впоследствии в клеточном соке превращаются в кремнегель SiO₂×nH₂O. Затем происходит его биохимическое связывание с полимерами клетки (белки и углеводы) и аккумуляция на поверхности клеточных стенок, в покровных тканях (поверхностные слои эпидермиса листьев и корней, кора), либо в различных видах фитолитов (органоминеральные образования-глобулки, слагающие механическую ткань растений). Формирование покровных и проводящих тканей растения, по сути, сопровождается образованием двойного кутикулярного слоя в межклетниках и внутри клеток, представляющего собой кремнецеллюлозную мембрану.

На химическом уровне в растительной клетке кремний представлен ортокремниевыми эфирами простых аминокислот, оксиаминокислот, липидов, фосфолипидов, белков, пектинов, полисахаридов и лигнина .

Доля кремния в растениях, связанного с органическими соединениями, составляет не менее 40% от его общего содержания. При этом в большинстве растений преобладающей формой органического кремния является форма, связанная с высокомолекулярными соединениями, доля которых от общего количества органически связанного кремния достигает 80%. Например, в злаковых растениях больше половины кремния связано с белками (до 60%), около 11% — с липидами, более 9% — с клетчаткой, около 5% связано с пектинам, с лигнином — менее 3% .

Общее содержание кремния в надземной части растений, как правило, выше, чем в корневой системе, но, при этом, доля органического Si, наоборот, выше именно в корнях и составляет около 40% от его общего содержания по растению.

Содержание кремния в растениях, как правило, меньше в первой половине вегетации, чем в более поздние фазы развития. Больше всего этого элемента содержится в листьях и стеблях, меньше в корнях и в зерне.

Количество кремния в листьях верхнего яруса больше, чем в листьях среднего и нижнего ярусов, и сосредоточен он, главным образом, в эпидермисе.

Кремний является одним из главных элементов, входящих в минеральный состав коронарных клеток корневого чехлика и выделяемых корневыми волосками слизей. Вследствие этого оптимизация кремниевого питания растений приводит к увеличению биомассы корней, их объема, общей и рабочей адсорбирующей поверхности. Кроме того, применение кремнийсодержащих удобрений улучшает корневое дыхание .

В целом отмечено, что содержание кремния уменьшается в направлении от верхушки листа к основанию, а исключение кремния из питательного раствора, в свою очередь, замедляет рост стеблей, задерживает выметывание, вызывает некроз листьев, снижает урожай зерна.

Уменьшение высоты растения и слабая их кустистость наблюдаются и в почвах с низким содержанием подвижного кремния. Добавление его к питательной среде стимулирует рост, ускоряет наступление фаз выметывания и созревания. При этом увеличиваются высота растения, количество продуктивных стеблей и площадь ассимиляционной поверхности листьев. Данное стимулирующее действие кремния, по-видимому, связано с наблюдающимся в большинстве случаев влиянием его на рост потребления фосфора и молибдена растением, а также на перенос марганца в растительных тканях.

Положительное влияние кремния на рост надземных органов растения объясняется усилением фосфорилирования сахаров, что в свою очередь увеличивает поступление энергии для метаболических процессов и синтеза самих сахаров .

Существует связь между обеспеченностью растений кремнием и его фотосинтетической деятельностью. Оптимизация кремниевого питания растений приводит к увеличению площади листьев и создает благоприятные условия для биосинтеза необходимого количества пластидных пигментов .

Кремний, наряду с фосфором, является основой макроэргических соединений. Он входит в состав макроэргических силикатофосфатов, что обуславливает большую эффективность биоэнергетики кремниефильных растений. Этот элемент может входить в состав нуклеотидов и тем самым образовывать в скелете нуклеиновых кислот сахаросиликатные участки, придавая им повышенную прочность. По-видимому, в растениях функционирует специфические ферменты силикатазы (силиказы), осуществляющие включение неорганического кремния в органические соединения. Кремний способен влиять на активность нитратредуктазы, пероксидазы, инвертазы и фосфатазы растений . Установлено наличие кремния в рибосомах, митохондриях, хлоропластах и микросомах .

Кремний оказывает существенное влияние на поглощение и использование растениями других элементов минерального питания . Например, имеются данные о положительном влиянии кремния на поглощение растениями азота , а исключение кремния из питательной среды снижает количество поглощаемого корнями данного элемента. Под его влиянием возрастает ассимиляция растениями калия, кальция и магния.

В присутствии кремния растения эффективнее используют бор и могут легче переносить избыток марганца, алюминия и железа в питательной среде. При этом предполагается, что соединения марганца, алюминия и железа, окисляясь на поверхности корней, переходят в труднорастворимые соединения, вследствие чего их дальнейшее поступление в растения ограничивается.

РОЛЬ КРЕМНИЯ КАК ИНДУКТОРА, ПОВЫШАЮЩЕГО СОПРОТИВЛЯЕМОСТЬ РАСТЕНИЙ К НЕБЛАГОПРИЯТНЫМ УСЛОВИЯМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И К ФИТОПАТОГЕНАМ

Современная физиология растений среди основных функций кремния, выполняемых в растительном организме, называет повышение физической устойчивости к неблагоприятным факторам, выражающееся в утолщении эпидермальных тканей (механическая защита), ускорении надземного роста и повышении активности корневой системы (физиологическая защита), а также увеличение устойчивости к абиотическим стрессам (увядание от пересыхания и перегревания), к поражению различными болезнями (биохимическая защита).

В частности, соединения кремния с белками, лигнином и полисахаридами (пектином и клетчаткой) обуславливают термоизоляцию клетки, что определяет морозостойкость растений, оптимизирует перезимовку и ускоряет весеннюю акклиматизацию озимых культур и многолетних растений .

Выступая в структуре клетчатки в качестве «сшивающего» агента между сахарными остатками, кремний образует силоксановые «мостики». Этот факт обуславливает высокую прочность соломины зерновых культур и устойчивость хлебов к полеганию . Биометрические измерения в опытах В.Н. Капранова подтвердили тенденцию к снижению длины соломины зерновых культур и увеличению ее диаметра в вариантах совместного внесения кремния в виде диатомита и возрастающих доз азота.

Подавление токсического действия избыточных количеств марганца, алюминия и железа кремнием некоторыми авторами объясняют тем, что он способствует равномерному распределению соединений этих элементов в листьях растения, предотвращая их скопление в отдельных участках в некритических концентрациях .

Кремний может вступить в конкуренцию с алюминием, медью, кадмием, стронцием, мышьяком и предотвратить их избыточное поступление в растения .

Кремниевая кислота может снижать токсическую активность гидроксидов алюминия и железа, что благоприятно действует на рост сельскохозяйственных растений . Также некоторые авторы считают, что подвижный кремний влияет на доступность магния и марганца растениям .

Одной из важных функций кремния в растении является повышение устойчивости к неблагоприятным абиотическим условиям внешней среды. Он увеличивает устойчивость растений к поражению радиацией, влияет на механическую прочность и устойчивость к полеганию. Данный эффект объясняется пропитыванием стенки эпидермиса и сосудистых тканей аморфным кремнием . Он, локализуясь под кутикулой в виде кремний целлюлозного слоя, предохраняет растение от излишнего испарения, снижая интенсивность транспирации. Именно этот механизм отмечают в первую очередь при исследовании влияния кремниевых удобрений на устойчивость растений к заболеваниям и насекомым-вредителям .

Сложный органоминеральный комплекс, который кремний образует с компонентами клеточной стенки, устойчив к действию внеклеточных энзимов грибов и таким образом препятствует проникновению их гиф внутрь клетки .

Кремний способен стимулировать естественные защитные реакции растений на различные процессы, выполняя тем самым биологическую функцию. Кроме того, этот элемент способствует устойчивости растений к физиологическим болезням, возникающим при комплексном воздействии пестицидов, тяжелых металлов, сероводорода, анаэробиоза и возбудителей некоторых грибковых и бактериальных болезней, а также при выращивании на деградированных почвах при недостатке или избытке элементов минерального питания .

Агроэкологическая роль природных кремний содержащих препаратов в отношении снижения пестицидной нагрузки на агробиоценоз частично изучена в работах ряда ученых, в которых отмечается, что эффективные дозы средств защиты растений могут быть снижены при их совместном применении с кремниевыми удобрениями и стимуляторами роста.

В целом, можно резюмировать, что недостаток кремния задерживает рост и развитие растений, повышает их восприимчивость к болезням и насекомым-вредителям.

Несмотря на большую историю агрохимического и физиологического изучения кремния и его роли в фитоценотических процессах, а также выявленную очевидность его положительного влияния на продуктивность сельскохозяйственных культур, сами механизмы воздействия этого элемента на внутриклеточном уровне растения остаются крайне слабо изученными. Особенно эта проблема касается высших и, в том числе, сельскохозяйственных растений .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В настоящий момент детальные физиологические исследования кремния в процессах формирования устойчивости растений к различным неблагоприятным факторам окружающей среды актуальны и востребованы на практике, поскольку современные агрохимические научные изыскания касаются поиска оптимальных вариантов повышения продуктивности сельскохозяйственных культур за счет менее дорогостоящих альтернативных удобрений с одновременной минимизацией токсического давления на агробиогеоценозы, а современные исследования наук по защите растений затрагивают вопросы снижения химической пестицидной нагрузки и поиска веществ-индукторов, стимулирующих собственную (организменную) систему защиты от фитопатогенных организмов.

Источники:

Козлов А.В., Уромова И.П., Фролов Е.А., Мозолева К.Ю. Физиологическое значение кремния в онтогенезе культурных растений и при их защите от фитопатогенов// Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 1.;

В каких удобрениях содержится кремний

На самом деле в почве кремния содержится до 49 %. Содержание кремния в почвах зависит от их гранулометрического состава. В глинистых почвах его содержится от 20 до 35%, а в песчаных – 45-49%.

Кремний в почве находится в недоступном для растений состоянии. Поэтому возникает дефицит кремния. Растения просто не получают его в необходимых количествах. Тем более что кремний определяет плодородие почвы. Бесструктурная пылевидная почва – верный признак того, что кремния в ней мало.

Одним из самых доступных источников получения органического кремния садоводами и огородниками является зола, полученная от сжигания каменного угля. Однако будьте осторожны данный вид золы зачисляет почву. В отличии от древесной золы, которая почву раскисляет. Поэтому вносится угольная зола из расчета 1 стакан на 1 кв. метр.

Кремний играет важную роль и в устойчивости растений к полеганию, засухе, морозам, способствует быстрому росту корней и листовой массы. Наличие усвояемых соединений кремния понижает потребность растений в фосфоре. Также доступность кремния повышается в присутствии фосфора, азота, калия, натрия и железа.

История появления органических удобрений с кремнием.

Кремниевые удобрения, можно отнести к самым первым комплексным минеральным удобрениям, так как зола растений по своему химическому составу и воздействию может быть классифицирована именно как комплексное кремний-содержащее удобрение.

Первые земледельцы, вырубая лес для сельскохозяйственных угодий, сжигали растения и получавшуюся золу смешивали с почвой. В древнеримской империи золу растений использовали для повышения плодородия истощенных почв.

Интересно, что в древнеримской империи знали о способности золы (кремния) восстанавливать плодородие почв.

Широко использовали золу и в Китае, где ее называли “огненным навозом” и вносили под пшеницу и бобы (Крупенников, 1971). В Китае более двух тысяч лет назад начали вносить в почву рисовую солому, в составе которой от 4 до 20% приходится на SiO2.

Технология,разработанная древними китайскими учеными, была закреплена специальным указом императора, обязывающим крестьян вносить часть рисовой соломы в почву. Некоторые традиционные агрохимические приемы на основе рисовой соломой и сейчас используют в Китае.

В почве кремний находится в виде малорастворимых соединений: SiO, – кремнезема, А12О3*2SiO2*2Н2О – каолина, алюмосиликатов или полевых шпатов, СаО*А12О3*2SiO2 – анортита. В растворе – в виде силикат-иона, в сорбированном состоянии – в виде SiFeOH.

Кремний содержащий обогатитель почвы

Растения могут испытывать недостаток кремния на кислых, сильно выщелоченных и ферраллитных почвах. Запасы усвояемых форм Si пополняются за счет растворения и разрушения почвенных минералов.

В процессе выветривания и при разложении растительных остатков, откуда кремнекислота освобождается в двух формах – в виде опала, заполняющего клетки эпидермиса надземной части растений, и в виде водорастворимой кремнекислоты.

Защищает почвенные силикаты от растворения органическое вещество почвы.

При применении кремниевых удобрений значительно усиливается роль бора в почве. Существенно снижается токсичность соединений алюминия, марганца, железа за счет образования труднорастворимых соединений.

Коллоидный кремнезем способствует лучшему использованию фосфора растениями, улучшает физические свойства песчаных почв.

Материал взят из диссертации Владимира Матыченкова (Институт фундаментальных проблем биологии РАН)

Органические удобрения с кремнием как обеспечить почву легко усвояемым органическим кремнием?

Для повышения содержания в почве кремния существует несколько способов. Например, компостирование листьев деревьев, внесение грязи или сапропеля.

В составе органической части сапропеля имеются биологически активные вещества — гуминовые кислоты, витамины. Важнейшая характеристика сапропеля как удобрения – это общий уровень зольности и содержания кремния, железа, серы, карбонатов, кальция.

Обогащение почвы силикатными бактериями. Их можно принести с мокрым песком, взятым с глубины песчаного карьера. Поскольку в основе структурного строения всех силикатов лежит тесная связь кремния и кислорода.

Атомы кремния составляют основу глины, песка и скал. Можно сказать, что весь неорганический мир связан с кремнием. В природных условиях кремниевые минералы находятся в кальцитах и меле.

Мел, в своем внутреннем составе содержит огромное количество кремния и крайне полезного магния, кроме того, к составным компонентам часто относят песок и глину.

Мел в виде удобрения лучше использовать предварительно перемолов, или протерев, затем просеять через сито. Тем самым получается мел, в виде мучного песка. И обязательно пролить водой, для того чтобы он полностью растворился. И тем самым, смог распределится по всему уровню корневой системы.

После того, как мел будет нанесен на почвенный грунт, можно совершать посадку семян или уже взращенных растений. Отличные свойства мела помогают растениям защититься от болезнетворных микробов, и придаст иммунитет для молодого растения.

Если использовать мел поверх зеленых растений, то это послужит полезной защитой от тли. Но привлечет большое количество летающих насекомых и бабочек. Которые в редких случаях могут негативно сказаться на получении плодов в конце дачного сезона.

Агрономы советуют использовать мел в виде муки для внутреннего применения прямо в лунку, непосредственно перед посадкой семян или растений. Это поможет избежать вредоносных бактерий и укрепить корни молодых растений.

ЭМ препараты способствуют усиленному размножению имеющихся в почве силикатных бактерий. Важная особенность – не размножаются на торфяной почве, им требуются песок, глина, минеральная подсыпка.

Ну и куда же без помощи нашей промышленности. Доступные формы кремния содержатся в микроудобрении Силиплант и стимуляторе НВ-101. Оба удобрения можно найти в садоводческих магазинах в самых разных фасовках.

Растения в которых содержится органический кремний.

Среди наземных растений много кремния накапливают злаки, осоки, пальмы, хвощи. Хозяйки, особенно деревенские, знают, как хорошо чистить кастрюли пучком из стеблей хвоща, именно благодаря абразивным свойствам оксида кремния.

Листья и стебли крапивы густо покрыты ломкими железистыми волосками, которые образованы из оксида кремния. Точно такого же который входит в состав песка. При любом соприкосновении хрупкая оболочка ломается, острые края ее ранят кожу. А содержимое волоска гистамин и ацетилхолин, попадая в рану, вызывают раздражение. Так называемое жжение.

Но больше всего кремния находится именно в хвоще. Поэтому еще одним способом обогатить почву кремнием, является введением в состав травяных настоев хвоща. Хвощ в своем составе содержит достаточное количество кремния. Который при сбраживании зеленной массы переходит в травяной настой. Которым мы и подкармливаем растения.

Статья в тему: Как приготовить травяной настой.

Удобрения с кремнием — панацея или миф?

Кремниевые удобрения известны в мире с середины 18 века. Первый патент на кремниевое удобрение был выдан в 1888 г. в США. Начиная с 2000 года, производство кремниевых удобрений ежегодно повышается на 20-30% в США, Китае, Индии, Бразилии и других странах. Сегодня кремниевые удобрения используются также в Японии, Южной Корее, Колумбии, Мексике, Австралии. Однако они все еще мало известны аграриям.

Сельскохозяйственные растения поглощают кремния от 30 до 700 кг/га в год. Важна роль кремния при выращивании риса, где при недостатке этого элемента урожайность зерна может снижаться на 50%. Кремнийорганических соединений в природе нет, а синтетические силоксаны и силиконы инертны, поэтому сложилось мнение, что они не обладают биологической активностью. Только со второй половины 20 века после открытия академиком Воронковым М.Г. (Россия) биологической активности силатранов, биологи и химики узнали о физиологически активных органических соединениях кремния.

Классическая советская агрохимия рассматривала кремний как условно необходимый растениям элемент, не входящий в двадцатку самых нужных. Однако последние данные изменили научные представления об этом элементе. Начиная с 1999 г., раз в 3 года проводится Международная конференция «Si in Аgriculture», где особое внимание уделяется изучению роли и функций кремния в растениях. Интерес к кремнию связан с возможностью его использования в качестве экологически чистой альтернативы пестицидам, а также для повышения природной устойчивости растений к погодным стрессам. При этом поглощение кремния листьями составляет около 30–40%, тогда как через корневую систему – не превышает 1–5%.

Кремний, как и другие питательные элементы, безвозвратно выносится из сельскохозяйственных почв. В результате дефицит кремниевых кислот и уменьшение содержания аморфного кремнезема приводят к разрушению органо-минерального комплекса, ускоряют деградацию почвенного органического вещества, ухудшают минералогический состав.

Есть данные о значительном повышении урожайности сельхозкультур (до 40%) и улучшении качества продукции (содержание сахаров, витаминов, сохранности продукции), увеличении эффективности использования фосфорных удобрений на 30-50% и снижении норм полива фактически в 2 раза. Результаты фантастические. Так ли это на самом деле?

Свой комментарий для ИК «Инфоиндустрия» любезно согласился дать ученый с мировым именем по вопросам роли подвижных соединений кремния в растениях и системе почва-растение доктор биологических наук Владимир Матыченков (Институт фундаментальных проблем биологии РАН):

Владимир Викторович, честно говоря, такие результаты всегда воспринимаются специалистами рынка и агрономами с большим недоверием. Насколько распространена практика использования кремниевых удобрений в России и как их применяют? Это зарубежные или отечественные разработки?

Любое новое всегда воспринимается с недоверием. Кремниевые удобрения изучаются более 150 лет. Результаты получены на всех континентах и для всех почв. Поскольку активные соединения кремния являются одними из ключевых элементов, определяющих уровень плодородия почв, то создать устойчивое земледелие без кремниевых удобрений не возможно в принципе. Основная функция этого элемента – создание и функционирование природной защитной системы растений, а это уже рынок ядохимикатов. Именно этот факт и является основной субъективной причиной игнорирования кремниевых удобрений. Однако современное стремление к экологически чистым продуктам питания дает шанс для этого типа удобрений.

В России кремниевые удобрения производятся несколькими компаниями. Часть компаний представляют природные кремниевые материалы, например, «Диатомит» (Ульяновская область), «Промцеолит» (Орловская область), концентрированная монокремниевая кислота с активным коллоидным кремнием («Аккор», Московская область), физиологически активные кремнийорганические биостимуляторы ООО «Flora-Si», Москва (директор, доктор химических наук Логинов С.В., агрохимик, доктор сх наук, проф. Петриченко В.Н.). Насколько я знаю, на этих предприятиях используют российские технологии, которые являются самыми передовыми в мире, в этой отрасли мы не потеряли приоритета. Поэтому приходится часто выезжать за рубеж в качестве эксперта и консультанта.

К сожалению, объем продаж кремниевых удобрения в России не очень велик. Основная проблема – отсутствие базовой информации о кремнии как важном питательном элементе. Насколько я знаю, только в университетах США в учебнике по питанию растений есть глава о кремнии (написанная мною в соавторстве с моими американскими коллегами). В других странах, в учебниках таких глав пока нет. В результате агрохимики вообще не имеют никакого представления об этом элементе.

Какие новые аспекты физиологической роли кремния в растениях сегодня известны?

Современная физиология растений знает о кремнии довольно много. Во-первых, как отмечалось выше, известно, что кремний определяет уровень природной защиты от ЛЮБОГО типа стресса. То есть, биотического — вредителей, грибов, бактериальных инфекций и абиотического (высокая температура, низкая температура, радиация, химическое загрязнение, нехватка или избыток освещения, засоление, нехватка воды). Японскими и канадскими исследователями было определено, что эта функция кремния входит в ДНК информацию растений. Реализуется она несколькими механизмами — механический (упрочнение эпидермального слоя), химический (защита от химического негативного воздействия), физиологический (ускорение роста корней, упрочнение молекул хлорофилла, ускорение транспорта питательных веществ внутри растения), биохимический (ускорение синтеза антиоксидантных и других ферментов защиты).

Было доказано, что растения имеют специфический транспортный фермент для перераспределения кремния по телу растений. Транспорт кремния в растении может быть осуществлен в течение нескольких часов, изменяя его концентрацию на 50-100%. Концентрация растворимых соединий кремния в растительном соке составляет от 400 до 800 мг/л для монокремниевой кислоты и 500-8000 мг/л для поликремниевых кислот.

Есть данные показывающие, что кремний играет важную роль при формировании цветков и их оплодотворении. Опитимизация кремниевого питания повышает скорость созревания плодов, ускоряет синтез витаминов и сахара. Таким образом, кремний необходим растениям на генетическом уровне и играет важнейшую роль при формировании урожая и обеспечении его качества.

Какие тонкости применения кремниевых удобрений, возможно ли их смешивание с другими препаратами в баке опрыскивателя?

Как и для любых других удобрений, важно знать качество удобрений и качество почвы, куда эти удобрения будут вносить (нами разработана методология определения качества кремниевых удобрений и уровня дефицита доступного кремния для растений). Для твердых удобрений ограничений нет, их можно смешивать с любыми удобрениями.

Монокремниевую кислоту можно смешивать с любыми препаратами, не содержащими тяжелые металлы и соединения цинка.

Ваше мнение о перспективах кремнийсодержащих удобрений?

У нашей цивилизации нет другого выхода, кроме как начать использовать кремниевые удобрения в широких масштабах. (Ежегодно деградирует и полностью выводится из оборота около 50 миллионов гектаров сельскохозяйственных угодий Канады). Только используя кремниевые удобрения (естественно с другими почвенными мелиоратами, например компостами) можно предотвратить деградацию сельскохозяйственных почв. Только этот факт обязывает осуществлять внесение кремниевых удобрений. Сегодня ежегодное производство кремниевых удобрений в России и в мире составляет примерно 0,5 млн. т и 4 млн. т. В тоже время годовые потребности для устойчивого ведения сельского хозяйства составляют 175 и 700 млн. т для России и мира соответственно.

На украинском рынке есть кремниевые удобрения, несколько препаратов находятся в процессе регистрации. Компания «Знамагро» предлагает удобрение «Интермаг-алкалин калиевый+Si” по цене 40 грн/л, ООО «Квадрат» успешно внедряет собственную разработку «Квантум – Аквасил» (54,4 грн/л), «Нутритех-Украина» выводит на рынок новое удобрение «Келик-К-Si».

Зав. лабораторией органических удобрений и гумуса института почвоведения и агрохимии им. А.Н. Соколовского УААН (г. Харьков) доктор с.-х. наук Евгений Скрыльник считает, что применение новых удобрений в Украине, безусловно, перспективно. Особенно это касается удобрений, содержащих органические компоненты, биостимуляторы. «Крупные хозяйства, холдинги стали активнее применять новые разработки. Они закладывают у себя полевые опыты и после получения хороших результатов не боятся закупать крупные партии, производители стали задумываться о том, как увеличить эффективность сельхозпроизводства».

Трейдеры отмечают повышение интереса к таким продуктам со стороны аграриев. Однако часть экспериментов с кремнием, по словам некоторых специалистов, в Украине 2012 году оказались неудачными. Другие утверждают, что все получилось. Таким образом, вопрос по кремнию остается открытым, а украинскому сельхозпроизводителю можно напомнить аргумент продавцов дорогих авто – пробуйте, иначе как вы убедитесь в качестве?

Беседовала Любовь Гребенникова

Подробнее об инновациях в питании растений, рыночных перспективах специальных удобрений вы можете узнать на конференции «Восточно-Европейский форум по специальным удобрениям и защите растений», которая состоится 16-19 октября в г. Севастополь, BESTWESTERNHOTELSEVASTOPOL. Условия участия — на сайте euroagrochem.com или по телефону 044 580 31 19

Кремний практически никто не рассаматривает как необходимую добавку при выращивании растительных культур в закрытом грунте. В числе важной и необходимой добавки его используют лишь опытные и обладающие теоретическими знаниями садоводы. Данный обзор предназначен для тех, кто еще не знает о его практичной пользе.

Почему кремний считается нужным элементом в комплексном, полностью сбалансированном питании растений?

Кремний – химический элемент, широко распространенный на планете (второй за кислородом). Он в больших количествах находится в почвах, а это значит, что любое растение в природе впитывает кремний в том объеме, в каком он необходим.

Произрастающие в искусственных условиях культуры этот элемент в нужных количествах не получают. Это может отрицательно сказаться на здоровье и силе роста растения.

Были проведены специальные научные эксперименты, касающиеся использования кремния в роли дополнительной добавки к другим элементам, которые находятся в почве. Например, голландскими специалистами было выяснено, что в гидропонных системах наличие кремния в тканях и органах растений на порядок меньше, чем в культурных растениях, растущих в почве.

Суть научного исследования: необходимость использования кремния в гидропонике. В качестве исследуемых образцов были выбраны различные овощные и цветочные культуры. Количество кремния в них было более высоким путем его введения в корневые системы.

Результаты практически доказали, что повышение уровня кремния в культуре растений способствовало повышению урожайности и гибели на испытуемых культурах ряда заболеваний. Кремний замечательно проявил себя в исследовательских работах, связанных с прекращением роста грибковых заболеваний. Экспериментальным путем было доказано, что увеличение грибковых болезней наблюдалось на кустах с невысоким уровнем кремния в корнях, а на кустах с повышенным количеством кремния признаки заболеваний практически отсутствовали.

Положительное влияние кремния на растения

В заключение научных испытаний был выяснен ряд положительных моментов, связанных и использованием кремния как важного и необходимого вещества:

• он создает плотные клеточные стенки, тем самым способствуя их прочности и создавая растительный каркас;
• способствует устойчивости к засухе и перепадам температур за счет сформированных толстых клеточных стенок;
• увеличивает защитную реакцию растений к большинству вредителей, ряду болезней и инфекций;
• помогает в защите растения от токсичных для него соединений;
• повышает урожайность.

Несмотря на такое положительное влияние, кремний входит в состав удобрений довольно редко или не встречается вообще. Это происходит потому, что его не относят к жизненно необходимым элементам питания. Действительно, большая часть видов способна расти и без него. Но от его дефицит напрямую зависит здоровье и урожайность растений. Можно вводить этот элемент в состав удобрений, но кремний имеет высокое значение pH (уровень кислотности), и не может находиться в виде раствора в составе питательных добавок.

Мнение о том, что элемент не является важным, низкий статус и ряд проблемных моментов, ошибочно сделали элемент ненужным и малозначимым.

Удобрения с кремнием

Интернет магазин гидропоники GO2GROW предлагает замечательное японское удобрение, в составе которого присутствует кремний. Это HB-101. В основе препарата растения природные долгожители – гималайский кедр, кипарисы, подорожник. Препарат полностью натуральный, позволяет поддерживать в оптимальном состоянии иммунную систему растений. При использовании НВ-101 растения активизируют весь свой потенциал, а значит, созревают быстрее. Полный состав препарата:

• Азот – 97 мг/литр
• Натрий – 41 мг/литр
• Кальций – 33 мг/литр
• Железо – 1,8 мг/литр
• Магний – 3,3 мг/литр
• Кремний – 7,4 мг/литр

​

Если вы хотите применять кремний эффективно – нужно знать минимальный набор фактов и все получиться!

• Для стабильного, активного эффекта важно постоянно удерживать нужную концентрацию кремния в земле. От разовых и бессистемных внесений пользы не будет.
• Этот довольно активный элемент в повышенных концентрациях может реагировать с другими элементами или соединениями. Учитывая его плохую растворимость, полученные соединения могут выпасть в осадок.
• Растворы кремния являются щелочными и при введении в другие растворы значительно поднимают pH-уровень. Как только он вырастет больше 8.0, ионы кремния вступают в химическое взаимодействие с другими минеральными соединениями, которые выпадают в осадок.
• Чтобы предупредить протекание ненужных химических реакций, можно уменьшать концентрацию элемента с помощью воды, уменьшая уровень pH до размера 5.5-5.7. После по частям доливать полученную смесь в основной раствор для питания. Например, сначала прибавить в раствор 20% кремния, подождать час и влить еще 20% и т.д., это профилактика для снижения риска получения осадка из важных элементов питания.
• Высокий процент кремния не позволяет растению хорошо усваивать такие полезные элементы, как железо и цинк, что отрицательно влияет на образование плодов и ростовые процессы. Поэтому нужно тщательно контролировать уровень этого элемента. При нужном проценте количества кремния (30-42 ppm для SiO), применять его можно без риска в период ростовых процессов и цветения, а потом уменьшить его содержание на 60-70%, чтобы снять отрицательный эффект. Несмотря на довольно серьезные трудности в использовании, понятно, какой огромный плюс дают кремний в качестве питательные добавки. Поэтому не стоит сбрасывать его «со счета».

Как повысить процентное содержание кремния в почве?

Для увеличения его концентрации в почве существует ряд способов, например,

• изготовление компоста из листьев деревьев
• добавление грязи или сапропеля,
• добавление в почву силикатные бактерии, которые можно внести с мокрым песком, добытым из глубины песчаного карьера.
• ЭМ препараты также помогают усиленно размножаться содержащимся в земле силикатным бактериям. Их характерная особенность – не делятся и не растут на почвах, содержащей торф. Им нужны песок, глина, подсыпка из минералов.

Еще один метод, причем совершенно несложный – добавить в культуры специальные препараты. Например, доступные формы кремния есть в микроудобрении – стимуляторе НВ-101.

Когда есть кремний, то и растение — кремень

Каждому грамотному садоводу и огороднику известно, что растения должны в достатке получать элементы «большой» тройки – азот, фосфор и калий. Они отвечают за стабильный рост и обильное плодоношение. Но растениям, как и людям, нужна масса других элементов, но уже в самых малых дозах. И хотя они должны присутствовать в почве в минимальной концентрации, их дефицит может привести к самым негативным последствиям. Среди таких элементов и кремний, значимость которого многие садоводы недооценивают.

Биодоступный кремний: что это?

Некоторые элементы хорошо усваиваются растениями прямо из почвы. Другие находятся в ней в виде нерастворимых соединений, которые зелёные питомцы усвоить не в состоянии. Таков, например, кремний.

Несмотря на то, что это один из самых распространённых элементов на Земле, получить его растениям достаточно сложно. Он должен находиться в легкоусвояемой для них форме. Кремний именно в таком виде называют биодоступным. Он присутствует в некоторых осадочных породах, таких, как трепел. В доступной для растений форме кремний содержится во многих удобрениях марки «Бона Форте», например, в гранулированном удобрении «Хвойное».

Влияние кремния на растения

Одни агрономы считают, что значение кремния для растений совсем невелико. Другие вообще не обращают на него внимание, не относя к жизненно важным элементам. Ну а обычные садоводы редко анализируют состав комплексных удобрений, читая на этикетках лишь рекомендации по их применению и целиком полагаясь на компетентность производителя.

Действительно, растения можно выращивать и без кремния. Но ведь и человек может выжить без большинства продуктов, только какие у него будут здоровье, работоспособность и иммунитет? Так и с растениями – выжить можно, но какой ценой.

Последние исследования канадских, японских, голландских и отечественных учёных подтвердили высокую значимость кремния для здоровья растений. Этот элемент:

• повышает устойчивость к низким и высоким температурам;
• помогает укреплять стенки клеток;
• оптимизирует обмен фосфора и азота;
• формирует стрессоустойчивость;
• стимулирует развитие корневой системы;
• повышает урожайность.

Особенно важен кремний для тех культур, которые растут в открытом грунте и вынуждены постоянно противостоять негативным факторам внешней среды. Без него выжить им чрезвычайно сложно. Помимо укрепления стеблей, увеличения площади листьев и объёма корневой системы, кремний повышает устойчивость к болезням и вредителям. Полевые исследования показали, что если вносить удобрения с кремнием, потребность в пестицидах снижается на 50-70 %. При высоком содержании кремния в корневой системе существенно уменьшается вероятность поражения грибковыми заболеваниями.

Наличие в достаточном количестве этого элемента повышает лёжкость овощей и фруктов за счёт упрочения клеточных структур. Они дольше сохраняют товарный вид, меньше подвержены усыханию и гниению.

Связываясь с органическими соединениями в клетке, кремний существенно повышает её водоудерживающую способность. Благодаря такому эффекту, растения легче переносят засуху из-за снижения потерь влаги. Помимо этого, повышается и стойкость к заморозкам, так как снижается порог кристаллизации воды. А важность этого качества в наших сложных климатических условиях сложно переоценить.

Влияние кремниевых удобрений на почву

Кремний для растений нужен в течение всего вегетационного периода, поэтому удобрения, в которых он содержится, должны обладать пролонгированным действием. Только так будет достигнута его стабильная и оптимальная концентрация в почве. Например, удобрение для пионов и роз «Bona Forte» достаточно внести один раз весной в рекомендуемых дозах и садовые цветы будут обеспечены биодоступным кремнием всё лето.

Внесение удобрений с кремнием уменьшает потребность и в азотных, фосфорных и калийных соединениях, которыми обычно компенсируется его недостаток.
Концентрацию кремния в почве можно повысить несколькими способами:

• внесением сапропеля;
• силикатов;
• специальных удобрений с кремнием.

Большое количество кремния никак не угрожает человеку, но нужно понимать, что переизбыток этого элемента, как и любых других, может приводить к негативным последствиям. В первую очередь, при его избытке немного повышается щёлочность почв, в которых при значениях около 7,5 pH кремний образует нерастворимые соединения с другими элементами, значительно снижая их питательность. Для некоторых растений щелочная среда может быть просто губительной. Также, при высокой концентрации, кремний тормозит усвоение таких элементов, как цинк и железо.

Однако щелочная реакция кремния не приговор и даже для любителей кислых почв – голубики или рододендрона, можно подобрать подходящее удобрение. Так, «Bona Forte» для голубики и лесных ягод содержит биодоступный кремний, но при этом, благодаря тому, что в гранулах присутствует цеолит, не «выбрасывает» при поливе в почву излишки и дозированно отдаёт его ягодным кустарникам. Об особенностях выращивания голубики вы можете прочитать в статье: «Садовая голубика: как вырастить на участке».

Конечно, есть основные элементы, недостаток которых виден по растениям «невооружённым» взглядом. Но в периодической системе есть и такие, значение которых понимают не все. Среди них кремний – недооценённый боец невидимого фронта.

https://rosecatalog.ru/articles/lekarstva/biofungicides/343-agroekologicheskaja-rol-prirodnyh-kremnii-soderzhaschih-preparatov.html

В каких удобрениях содержится кремний

https://solodoff-dv.ru/2021/05/23/kogda-est-kremnii-to-i-rastenie-kremen/