кремний для растений для чего нужен
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.
Кремний питает растения
Доктор биологических наук Владимир Матыченков (Институт фундаментальных проблем биологии РАН, г. Пущино), кандидат биологических наук Елена Бочарникова (Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, г. Пущино), Владимир Ходырев (ООО «ЦеоТрейдРесурс», Москва)
Для большинства современных огородников, агрономов, цветоводов, ботаников соседство терминов «кремний» и «растение» звучит необычно. Более привычно с ростом и развитием растений сочетаются такие элементы, как азот, фосфор, калий, кальций, железо, цинк. Но кремний… Однако в последнее время интерес к этому элементу со стороны биологов, агрохимиков, медиков возрастает. Впрочем, как это обычно бывает, новое — хорошо забытое старое.
Современное сельское хозяйство и наука о выращивании растений основываются на законах о питании растений, открытых ещё в середине XIX века. Необходимость в таких знаниях в конце XVIII века стала критической для Западной Европы. Деградация почвенного покрова, высокая плотность населения и низкая скорость естественного восстановления плодородия почв создали необходимые предпосылки для развития агрохимии. Основатели этих исследований (Александр фон Гумбольдт, Гемфри Дэви, Антуан Лавуазье) логически пришли к выводу, что устойчивое и продуктивное земледелие (эти слова использовались и в то время) возможно, если вернуть в почву всё то, что было вынесено с урожаем. Результатом исследований стал труд отца современной агрохимии Юстуса фон Либиха — «Химия в приложении к земледелию и физиологии растений». На основе анализов и многочисленных экспериментов Ю. Либих декларировал, что для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и предотвращения деградации почв нужно вносить активные формы азота, фосфора, калия и… кремния. Один из первых классических полевых экспериментов с кремниевым удобрением начали на первой в мире опытной станции Ротамстед (Великобритания) в 1856 году. Этот эксперимент продолжается до сих пор (!), и вариант, когда вносят кремниевые удобрения, является самым продуктивным. В 1870 году Д. И. Менделеев, который уделял большое внимание развитию сельскохозяйственной науки, предложил в качестве кремниевых удобрений использовать твёрдые формы — минералы. Кремниевые удобрения и кремнийсодержащие мелиоранты активно применялись в 10—20-х годах ХХ века в странах Западной Европы, США.
Дальнейшее развитие агрохимии и земледелия в силу ряда субъективных и объективных причин привело к вытеснению кремнийсодержащих препаратов как из научной литературы, так и из практики. Чрезмерная вера в химию как в инструмент для решения продовольственной проблемы планеты привела к катастрофической деградации (биологической, химической) сельскохозяйственных угодий Западной Европы, обеих Америк, Австралии, Юго-Восточной Азии.
Сейчас интерес к кремнию как к элементу, который совместно с углеродом формирует почвенное плодородие и является экологически чистой альтернативой пестицидам, очевиден. Стремление к потреблению экологически чистых продуктов, набравшее силу в последние 10—15 лет, вынуждает активизировать поиск природных материалов, которые могли бы удовлетворить как фермера (производителя продуктов питания), так и потребителя.
Зачем же нужен растению такой элемент, как кремний? Наши исследования и работы коллег в России и за рубежом показали, что основная функция кремния в растении — формирование и поддержка природной защиты от внешних неблагоприятных факторов — загрязнения, болезней, насекомых-вредителей, заморозков, нехватки воды и питательных элементов и др. Исследователи из Японии и Канады доказали, что эта функция кремния заложена на генетическом уровне. Те фермерские хозяйства, которые активно используют кремниевые удобрения и кремнийсодержащие почвенные мелиоранты, снижают дозы внесения пестицидов на 50—70%. Кроме того, активные формы кремния способствуют формированию корневой системы растений, ускоряют образование цветков, увеличивают количество сахара и витаминов в плодах растений.
В качестве источника кремния можно использовать кремнийсодержащие минералы с недавно открытого в Орловской области Хотынецкого месторождения цеолитсодержащего трепела (см. «Наука и жизнь» № 9, 2010 г., статья «Цеолиты — новое применение старого минерала»). Используя традиционные и новые методы исследования, было показано, что этот минерал обладает уникальными свойствами.
Во-первых, он является источником активного, то есть легко усвояемого растениями кремния, образованного биогенным кремнезёмом.
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».
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 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
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).
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.
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.
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.
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).
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.
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.;