Кремний для растений для чего
Кремний в жизни растений
Кремний выполняет удивительно большое количество функций в жизни растений, и особенно важен в стрессовых условиях. Роль кремния можно сравнить с ролью вторичных органических метаболитов, выполняющих в растениях защитные функции. Видя все многообразие ролей, которые кремний играет в растениях против различных стрессов, сегодня мировые ученые признают, что еще далеки от разработки «единой теории» кремния в биологии и сельском хозяйстве.
Функции кремния в растении
Кремний оказывает существенное влияние на рост и развитие растений, повышает урожайность и улучшает качество продукции. При этом положительный эффект кремния особенно заметен у растений в стрессовых условиях.Кремний предает растениям механическую прочность, укрепляет стенки клеток, обеспечивая жесткость различных органов растения.
Кремний в оптимальных дозах способствует лучшему обмену в тканях азота и фосфора, повышает потребление бора и ряда других элементов; обеспечивает снижение токсичности избыточных количеств тяжелых металлов. Оптимизация кремниевого питания растений приводит к увеличению площади листьев. В таких условиях у растений формируются более прочные клеточные стенки, в результате чего снижается опасность полегания посевов, а также поражения их болезнями и вредителями.
Одной из важных функций активных форм кремния является стимуляция развития корневой системы. Исследования на злаковых, цитрусовых, овощных культурах и кормовых травах показали, что при улучшении кремниевого питания растений увеличивается количество вторичных и третичных корешков на 20–100% и более. Дефицит кремниевого питания служит одним из лимитирующих факторов развития корневой системы растений. Установлено, что оптимизация кремниевого питания повышает эффективность фотосинтеза и активность корневой системы.
Особенности элемента
Необходимо выделитьнекоторые закономерности, которые выделяют кремний из ряда других элементов в жизнедеятельности растений.
Первое, что стоит заметить, что почти все растения (за редким исключением) могут быть выращены без кремния в питательной среде. Даже кремниефильные растения, такие как рис и пшеница.
Другой особенностью является то, что кремний накапливается в растениях в большихколичествах, которые часто превышают величину поглощения основных макроэлементов (азот, фосфор и калий).Диапазон концентраций кремния в растениях значительно шире, чем других питательных элементов. Так, содержание кремния колеблется в пределах 0,1–10% от сухой массы, в то время как, например, для азота этот разброс составляет 0,5-6%, для калия: 0,8-8%, фосфора: 0,15-0,5%. Т.е разброс концентрации кремния на порядокбольше, чем у других элементов.
Очень важно заметить, что при выращивании в искусственных благоприятных условиях растения практически не нуждаются в кремнии.
Выделяют три группы растений по содержанию кремния в сухом веществе:
Форма кремния в тканях растений
В тканях растений кремний находится в виде водорастворимых соединений типа ортокремниевой кислоты (H4SiO4), ортокремниевых эфиров, а также в форме нерастворимых минеральных полимеров и кристаллических примесей. В составе органического вещества растительных тканей Si образует ортокремниевые эфиры оксиаминокислот, оксикарбоновых кислот, полифенолов, углеводов, стеринов, а также производные аминокислот, аминосахаров и пептидов. Наиболее важными растворимыми формами кремния в растениях и системе почва-растение являются монокремниевая и поликремниевые кислоты. Эти неорганические соединения всегда присутствуют в природных водных растворах. Причем между ними существует тесная взаимосвязь.
Микроэлементы. Кремний
Физиологическая роль микроэлемента. Кремний (Si) выполняет множество функций в жизни растений, но основная из них – это придание прочности опорному скелету. Этот микроэлемент присутствует в волокнах механических тканей всех растений и обеспечивает прочность стебля, устойчивость культур к полеганию, силу их цветения, а также энергию плодоношения. Необходимо отметить также эффективность кремния в борьбе растений с грибковыми и бактериальными заболеваниями. Этот элемент незаменим для повышения устойчивости растений к стрессовым условиям (засуха, экстремальный температурный режим, ветровая нагрузка, жизнеспособность растений в условиях заболоченности и засоленности). В оптимальных дозах кремний улучшает азотный и фосфорный обмен в тканях растений, повышает потребление бора и других элементов, обеспечивает снижение токсичности избыточных количеств тяжелых металлов.
Кроме того, кремний значительно улучшает структурированность почв, предотвращая их деградацию. Внесение кремнийсодержащих удобрений позволяет снизить норму применяемых пестицидов на 30 – 50%.
Содержание в растениях. В среднем количество кремния в растениях составляет 0,02 – 0,15%. Он накапливается в эпидермальных тканях и коронарных клетках, обеспечивая их механическую прочность и жесткость. В тканях растений кремний находится в виде водорастворимых соединений (ортокремниевая кислота, ортокремниевые эфиры), а также в форме нерастворимых минеральных полимеров (поликремниевые кислоты, аморфный кремнезем) и кристаллических примесей.
Корневая система растений содержит большее количество кремния, чем надземная часть. Но и в зеленой массе он распределен неравномерно. Так, в транспирационных органах, например в тканях листьев, наблюдается концентрация кремния в периферийной зоне, обладающей наиболее высокой способностью к влагоиспарению. Этот микроэлемент образует там двойной кутикулярно-кремниевый слой, защищающий орган от чрезмерных потерь воды и от проникновения гифов гриба.
Присутствие кремния в различных растениях неодинаково: однодольные культуры содержат значительно большее количество этого элемента, чем двудольные. В тканях зерновых культур двуокись кремния составляет более половины остальных микроэлементов, поглощаемых ими из почвы. Содержание этого микроэлемента в их листьях достигает 2%, а у бобовых растений – 0,25% (они поглощают кремния в 10 – 20 раз меньше, чем злаки). В течение вегетационного периода количество кремния возрастает, достигая максимума в период его завершения.
Содержание в почвах. Наибольшее количество кремния содержится в растениях степной, полупустынной, пустынной зоны, а также горных районов. Миграция и аккумуляция кремния в составе песчано-пылевых и илистых фракций возможна лишь в форме растворимой кремнекислоты. Содержание этого микроэлемента в почвенном растворе составляет 1 – 200 мг/л. Но если дикорастущие растения способны усваивать этот содержащийся в песке элемент благодаря солнечной энергии и корневым выделениям самих растений, то сельскохозяйственные культуры нуждаются в более доступных его формах.
Недостаток кремния для растений возможен на кислых, сильно выщелоченных и ферраллитных почвах. Культуры также испытывают дефицит кремния в доступной форме на большинстве целинных почв (исключая целинные черноземы, некоторые вулканические и аллювиальные грунты). К тому же длительная эксплуатация площадей для выращивания сельскохозяйственных культур приводит к обеднению плодородных слоев почв подвижным кремнием. Наибольшее количество этого микроэлемента выносится такими злаковыми культурами как пшеница, ячмень, рис, кукуруза (до 250 кг/га). Во всех этих случаях растения нуждаются в дополнительном кремниевом питании.
Доступные соединения кремния. Не смотря на то, что кремний занимает второе место по содержанию в земной коре (после кислорода), основная часть его входит в состав наименее подвижных и наиболее устойчивых к разрушению минералов (в основном это кварц или кремнезем, его гидротированные формы, а также соли кремниевых кислот – силикаты, алюмосиликаты и пр.). Содержание наиболее подвижных и водорастворимых его форм (аморфные оксиды и рентгеноаморфные алюмосиликаты) составляет всего лишь не более 1 – 3% общего количества элемента. Для питания растений наиболее оптимальны водорастворимые соединения кремния.
Значение кремния в питании растений. Кремний принято считать условно необходимым микроэлементом для растений. И внешних признаков его дефицита нельзя обнаружить. Но в то же время практические наблюдения доказывают, что его присутствие вызывает интенсивный рост (формируется более мощная корневая система, увеличивается площадь листьев), улучшает развитие (увеличивается количество и качество скелетируемых побегов, ускоряется и усиливается цветение, возрастает количество семян, содержание сахаров и других полезных компонентов в плодах, а также продлевается срок их хранения), повышает сопротивляемость неблагоприятным факторам, что способствует росту урожайности сельскохозяйственных культур.
Сегодня применение кремнийсодержащих соединений, являющихся экологически чистой альтернативой пестицидам, используется как способ восстановить и улучшить почвенное плодородие. Это перспективное направление в технологии выращивания экологически чистых продуктов, базирующееся на применении природных нетоксичных материалов, которые могли бы удовлетворить как фермера (производителя продуктов питания), так и потребителя.
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:
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:
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.
Кремний поможет получить отличный урожай
Ваша кремниевая долина
Рецепты хорошего урожая от экспериментатора Залевского
Новый огородный сезон — это всегда новые надежды и чаяния. А еще новые эксперименты. Вацлав Залевский из д. Хвиневичи Дятловского района на каждый год планирует их по 2 — 3 как минимум. Экспериментатор по духу, он не пройдет мимо понравившегося совета, обязательно апробирует на своем участке. Оно и понятно: Вацлав Брониславович — агроном с 50-летним стажем. Получить максимально возможный урожай с минимальными затратами — дело профессиональной чести.
Чего только он не перепробовал! Вместе с ученым Института земледелия прогревал в воде с температурой плюс 60 градусов семена ячменя, чтобы повысить не только их устойчивость к болезням, но и урожайность. И сегодня горячая вода — одно из лучших и безопасных средств подготовки семян к севу, в том числе лука-шалота и лука-севка. Использует Залевский вместо кипятка и горячий раствор соды. Знает, как провести яровизацию картофеля за двое суток — за 48 часов ростки отрастают на 5 мм. Активно экспериментирует с омагниченной водой. А теперь вот приоткрывает завесу над тайнами кремния.
Сначала была бульба
Началась же кремниевая история давным-давно и, как и положено, с кремниевой воды. Кто ею не увлекался? А затем в январе 1997 года Вацлав Брониславович прочитал материал об экологически чистом способе повышения урожайности картофеля (а Залевский — картофелевод), разработанном ярославским агрономом Б.Хорхориным.
Несмотря на то что бульба — исконно наша белорусская культура, она все же иногда капризничает. Особенно из-за погоды. Стоит температуре почвы подняться до плюс 23 градусов, как прирост клубней задерживается. А при плюс 28 — 29 градусах и выше клубнеобразование и вовсе прекращается. Все это приводит не только к снижению урожая, но и к вырождению сорта. Агроном Хорхорин ставку сделал на диоксид кремния. Чтобы повысить урожайность картофеля, вносил его порошок ультратонкого дисперсного помола под каждый куст. И никакие другие удобрения не использовал. Кремний же давал в дозах от 200 г до 3 кг на сотку. Лучшие результаты были получены при внесении 400 г. Прибавка урожая составила 380 кг с сотки. Почти в 2,5 раза больше обычного! При этом на всех обработанных делянках (как писал россиянин) растения все фазы своего развития проходили на три дня раньше, чем на контрольных. Практически не было колорадского жука и сорняков, посадки не поражались фитофторозом, а вкус клубней заметно улучшался.
Результаты были внушительны и убедительны, но тогда объяснить этот феномен никто не смог. Поэтому сам Хорхорин предположил, что ультратонкий дисперсный кремний, находясь в почве, создает биоэлектрическое поле, благодаря которому минеральные элементы по-разному взаимодействуют с корневой системой растений.
Эксперимент районного масштаба
Вацлава Брониславовича (на тот момент начальника сельхозуправления Дятловского райисполкома) опыт российского коллеги, безусловно, очень заинтересовал. Ведь картофель в районе возделывался в каждом хозяйстве и на больших площадях. Для испытаний специально из Гомеля привезли небольшую партию порошка тонкодисперсного диоксида кремния. Опыты были заложены в двух лучших хозяйствах района — колхозах «Гвардия» и «1 Мая», а также в школе. Для чистоты эксперимента учитывались фаза развития, средняя высота растений, количество стеблей в кусте, вес вегетативной массы и корней, общее количество клубней, в том числе и товарных, их вес. Все полученные показатели затем сравнивали с контрольной группой.
Заложили 4 опыта, внося по 200 и 400 г кремния на сотку перед нарезкой борозд под посадку картофеля и уже по посаженным и окученным рядам. Лучшим оказался результат при внесении 400 г диоксида кремния уже после посадки по уже нарезанным бороздам. В сравнении с контрольной группой урожайность увеличилась в среднем на 200 — 230 процентов, а масса корневой системы — на 150 — 200 процентов. Правда, жуки, сорняки и фитофтороз (несмотря на утверждение Хорхорина) все же давали о себе знать, но не критично.
Одновременно Вацлав Залевский заложил и свой опыт на 3 сотках возле дома. 1,2 кг диоксида кремния засыпал в 14-литровый ранцевый опрыскиватель, залил водой и прошелся один раз (в два следа — туда и обратно) по только что посаженному картофелю сорта «Живица». Поскольку кремний быстро оседает на дно, приходилось все время встряхивать опрыскиватель, как бы взбалтывая раствор. Урожайность же была почти 500 ц с гектара.
В следующем году у себя на этом же участке высадил картофель сорта «Журавинка». Никаких кремниевых обработок уже не проводил. И собрал небывалый урожай, да и все клубни были крупные и ровные. Семенной же фракции было совсем чуть-чуть. На третий год сорт «Бриз» (и снова на этом поле без внесения кремния) показал урожайность, почти равную «Живице».
Есть результат!
Вацлав Брониславович и сегодня фанат картофеля. Ставку делает исключительно на ранние сорта. Чтобы урожай был отменным, не забывает про сидераты. А в последние годы вновь вернулся к кремнию, еще раз про-анализировав итоги своих опытов двадцатилетней давности. Для начала приготовил кремниевую воду. 2 кг камней кремния измельчил, засыпал в 20-литровую пластиковую емкость, залил водой и дал настояться почти неделю. Затем опробовал на различных культурах. Первой была капуста. В тот год в июне почва на грядках на глубине 10 см нагревалась до плюс 32 градусов. Несмотря на обильный полив перед посадкой, на третьи сутки рассада начала желтеть. И тут весьма кстати пришлась приготовленная кремниевая вода. К 10 л настоя кремния хозяин добавил и 1 ст. л. комплексного минерального удобрения, в составе которого фосфор, калий, азот, сера, магний и другие микроэлементы. Уже к следующему вечеру растения было не узнать. Почти все (за исключением лишь пары штук) выглядели настолько бодро, что даже дополнительный полив им не понадобился. К тому же лишней влагой в жару можно еще больше навредить корневой системе.
После капусты взялся за спасение перцев. Сорта «Кубик красный» и «Кубик желтый» после полива настоем кремниевой водой и обработки по листьям с добавлением 2 ст. л. нашатырного спирта (уж очень досаждала тля) активно пошли в рост, началось плодообразование. И хотя созрели перцы только к сентябрю, такой урожай собирал впервые: вес некоторых плодов доходил до 465 г!
Сила природы
Вот так на практике Вацлав Залевский убедился, что кремний — отличный помощник на огороде. Да и домашние птицы с жадностью пьют кремниевую воду. Она помогает восстановить им пышное оперение. Ведь очень часто куры и утки ходят с голыми шеями и спинами. Причина та же — дефицит кремния.
Нет, в почве он есть (на глинистых — от 20 до 35 процентов, на песчаных — 45 — 49 процентов), но находится в недоступном для растений состоянии. Песчаные почвы здесь выигрывают. Песок, частично поглощая солнечную энергию, под воздействием корневых выделений растений повышает способность кремния переходить в органические соединения. Значительная часть кремния (причем намного большая, чем у других элементов) ежегодно безвозвратно выносится и с урожаем.
Между тем в природе очень много культур-кремнефилов. Из дикорастущих чемпионами по накоплению кремния считаются подорожник, крапива, осока, спорыш, мох и папоротник. Много кремния содержат репейник, окопник, медуница, солодка, алтей, вербена, вереск, овсяная солома, подсолнух, тысячелистник, пырей, сельдерей, полынь, пикульник, ковыль, мать-и-мачеха, одуванчик, люцерна, звездчатка, а из зерновых — овес, ячмень, просо.
Но больше всего кремния в хвоще. Поэтому еще один способ обогатить почву кремнеземом — вводить в состав травяных чаев хвощ. При сбраживании зеленной массы кремний переходит в настой. Особенно много (49 — 76 процентов) кремнезема в хвоще в период с середины июля до конца августа. В золе же его еще больше — до 84 процентов.
Зная все это, Вацлав Брониславович в прошлом году заготовил мешок полевого хвоща, сжег его в мангале и получил 0,5 кг золы. Точно так же получил почти 1 кг золы из створок фасоли. И уже в этом году проведет новый эксперимент, сравнив эффективность влияния золы и травяных отваров, полученных из хвоща и створок фасоли, на урожайность овощных культур.
ВЛИЯНИЕ КРЕМНИЯ НА РАСТЕНИЯ
• Отлично защищает растения от любого типа стресса. Биотического — от вредителей, грибов, бактериальных инфекций; абиотического — от высокой или низкой температуры, засухи, переувлажнения, холода, жары, радиации, химического загрязнения, нехватки или избытка освещения.
• Существенно влияет на рост и развитие растений, не допускает полегания, повышает урожайность и улучшает качество продукции.
• Увеличивает толщину листовой пластинки, делая ее более устойчивой к фитопатогенам (бактериям и грибкам) и вредителям.
• Повышает содержание сахара в плодах.
• Улучшает усвоение растениями макро- и микроэлементов.
• Усиливает действие других удобрений: азотных, калийных, фосфорных.
• Устраняет токсическое действие железа, марганца, меди, мышьяка, алюминия, стронция-90 и фенолов. При дефиците кремния резко увеличивается накопление в растениях железа и марганца.
• Повышает солеустойчивость культур: корни становятся более устойчивыми к повреждающему действию натрия.
• Значительно улучшает структуру почвы и повышает ее плодородие.
• Упорядочивает обмен веществ, активизирует фотосинтез, а также синтез белков и углеводов.
• Повышает активность корневой системы: количество вторичных и третичных корешков увеличивается на 20 — 100 процентов и более.
При дефиците кремния растения не усваивают более 70 элементов периодической таблицы.
Кремниевые удобрения можно смело отнести к самым первым минеральным комплексам. Ведь зола по своему химическому составу и воздействию есть не что иное, как комплексное кремнийсодержащее удобрение. В древнеримской империи его использовали для повышения плодородия истощенных почв. Об этом в своих трудах писал еще Вергилий. Более двух тысяч лет назад широко использовали золу и в Китае, называя ее «огненным навозом».