FS1278 Кремнієві потреби в ґрунтах та сільськогосподарських культурах (Rutgers NJAES)

Кремній - мінерал, якого на землі достатньо. Елемент становить близько 28% мінеральної ґрунту за масою.

Донедавна цьому всюдисущому елементу не приділялось великої уваги як можливого обмежувального фактора родючості ґрунту та рослинництва. Зараз агрономи визнають цінні функції живлення кремнію в сільськогосподарських культурах та ґрунтах і навіть у житті тварин.

Дослідження, проведені на ґрунтах Нью-Джерсі та в багатьох місцях світу, показали, що застосування додаткового кремнію в хімічно доступній формі може захистити здоров’я рослин і принести користь рослинництву.

Хімічні назви та термінологія

Кремній (Si) - елементарний кремній, також відомий як хімічний елемент. Кремній, діоксид кремнію або SiO2 - це сполуки з кремнієм та киснем. Силікат відноситься до сполук кремнію, таких як CaSiO3, MgSiO3 або K2SiO3. Кремнієва кислота або монокремнієва кислота (Si (OH) 4 або H4SiO4) відноситься до розчинної, доступної для рослин форми кремнію в грунтах. Силікон відноситься до R2SiO, де R є органічною групою, такою як метил, етил або феніл.

Функція кремнію в рослинах

Кремній корисний для багатьох сільськогосподарських культур, якщо його додати в деякі ґрунти як добриво. Він не класифікується як важливий елемент для більшості рослин, але хвощ польовий (Equisetum) і деякі види водоростей не можуть вижити без надходження кремнію з навколишнього середовища.

Багато видів рослин, особливо трави, можуть поглинати кремній у кількості, порівнянні з макроелементами. Ця висока концентрація кремнію в рослині сприяє механічній міцності рослин. Окрім структурної ролі, кремній може захищати рослини від нападу комах, хвороб та стресу навколишнього середовища, покращуючи захисну реакцію рослини. Для деяких сільськогосподарських підживлень ґрунтами збільшується урожайність навіть за сприятливих умов вирощування та за відсутності хвороб.

Конкретні переваги, які спостерігаються завдяки харчуванню кремнієм, є великими:

Пряме стимулювання росту та врожайності
Протидіє негативним ефектам надлишкового харчування N
Придушення деяких хвороб рослин, спричинених бактеріями та грибками. Придушені хвороби включають борошнисті роси на огірках, гарбузі, пшениці та ячмені та сіру пляму листя на багаторічному райграсі
Придушення стовбурових свердловин, листових павутинних кліщів та різних бункерів
Зменшує різні екологічні стреси. Кремній захищає від вилягання, посухи, перепадів температур, замерзання, ультрафіолетового опромінення та хімічних стресів, включаючи сіль, важкі метали та поживні дисбаланси

У тварин кремній зміцнює кістки та сполучну тканину. Овочі, зернові та ферментовані зернові продукти є джерелами кремнію в харчуванні людини.

Рисунок 1. Листя гарбуза без симптомів розвитку борошнистої роси при вирощуванні в ґрунті, зміненому волластонітом, природним мінеральним джерелом силікату кальцію.

Симптоми дефіциту кремнію

Симптоми дефіциту кремнію, як правило, візуально не очевидні в польових умовах.

Побічно дефіцит кремнію може проявлятися як збільшення сприйнятливості до деяких захворювань рослин. Такі культури, як гарбуз, огірок, пшениця та кентуккіська синя трава сприйнятливі до хвороби, яка називається борошнистою росою. Забезпечення підвищеного рівня живлення кремнію для цих культур може придушити або затримати початок захворювання. Коли культури мають високий рівень сприйнятливості до борошнистої роси, це можна розглядати як ознаку дефіциту кремнію (Рисунки 1 і 2).

В результаті збільшення концентрації кремнію в рослинних тканинах може бути підвищена механічна міцність, що допомагає захистити рослину від інфекції. Дослідження показали, що кількість нападів комах на тканини рослин також може бути в зворотному відношенні до поглинання кремнію. Отже, реакція рослин на патогени рослин та комах на біохімічному, фізичному та молекулярному рівнях надзвичайно схожа, коли кремній поглинається корінням і переноситься на пагони, що свідчить про активну роль цього елемента в захисті рослин.

Зернові культури, у яких відсутня достатня кількість кремнію, більш сприйнятливі до вилягання.

Рисунок 2. Листя гарбуза, що проявляють симптоми хвороби борошнистої роси при вирощуванні в ґрунті, зміненому карбонатом кальцію, вапняком.

Аналіз грунту

Загальний елементний аналіз типових мінеральних ґрунтів становить близько 28% кремнію та 47% кисню. Більша частина цього кремнію пов'язана з киснем та іншими елементами в кристалічній тканині мінерального ґрунту. З вивітрюванням та часом частина цього величезного запасу кремнію виділяється у розчинних формах, доступних для засвоєння рослинами.

Хоча випробування ґрунту на наявність кремнію не є звичайною частиною випробувань на родючість ґрунту, деякі лабораторії пропонують аналіз кремнію, що витягується з оцтової кислоти. В даний час база даних дуже обмежена у співвідношенні рівнів випробувань грунту кремнію та поглинання рослинного кремнію. Потрібні додаткові дослідження, щоб знайти кращі методи випробування ґрунту для прогнозування наявності кремнію.

Інтерпретація будь-якого випробування ґрунту вимагає років польових досліджень. Коли вісімнадцять ґрунтів Нью-Джерсі були зібрані з усього штату та випробувані методом оцтовокислого вилучення ґрунту, вони виявили діапазон грунтового кремнію від 4 до 35 мг/л, із середнім рівнем тесту ґрунту 14 мг/л.

На наших дослідницьких полях деякі культури, сприйнятливі до борошнистої роси, отримали користь від підживлення кремнієм, коли грунт випробовував більше 40 мг/л кремнію (екстракт оцтової кислоти). Ці польові випробування дозволяють припустити, що багато ґрунтів Нью-Джерсі мають менше оптимальних рівнів доступного кремнію для захисту культур, які зазвичай сприйнятливі до борошнистої роси.

Вимірювання рН ґрунту та випробування на вапно є корисними настановами для визначення того, яку кількість певних видів кремнієвих добрив можна застосовувати для даного польового ґрунту. Інформація про використання цього грунтового тесту буде обговорена в розділі під нормами внесення.

Фактори, що впливають на наявність кремнію

Текстура ґрунту відноситься до відсотків частинок піску, мулу та глини в ґрунті. Кремній є компонентом цих мінеральних частинок різного розміру. Хоча пісок в основному складається з діоксиду кремнію, цей матеріал забезпечує дуже мало розчинного або рослинного кремнію. І це не рідкість для культур, вирощених на піщаних ґрунтах, користь від використання розчинного кремнію.

Загалом, більш старі та більш вивітрювані ґрунти вичерпуються кремнієм, ніж геологічно молоді ґрунти. Багато ґрунтів Нью-Джерсі класифікуються як ультисоли. У цих ґрунтах, які дуже довго піддавались вимиванню у вологому середовищі, зазвичай менше мінеральних речовин, що залишаються. Отже, ультизоли, як правило, відносно виснажені кремнієм.

Кремній не є головним компонентом ґрунтової органічної речовини. Грунти, майже повністю складені з гумусу та органічних речовин, називаються ґрунтовими або гістологічними. Оскільки субстрати таких ґрунтів майже позбавлені мінералів, вони за своєю суттю мають низький вміст кремнію.

Застосування безґрунтових сумішей на основі торфу у тепличному виробництві означає, що із середовища росту надходить дуже мало кремнію. Також було доведено, що системи тепличного виробництва отримують користь від підживлення кремнію. Зараз деякі комерційні тепличні суміші попередньо доповнені кремнієвими добривами.

Наявність кремнію не помітно змінюється у всьому спектрі рН ґрунту, який використовується для вирощування сільськогосподарських культур. Багато часто використовуваних кремнієвих добрив також служать вапняками, і їх застосування призводить до нейтралізації кислотності грунту.

Грунти, змінені рослинними силіконовими добривами, як правило, посилюють засвоєння кремнію сільськогосподарськими культурами протягом декількох років. Таким чином, виробники можуть спланувати цикл сівозміни, коли серія адаптивних культур може скористатися потенційною залишковою перевагою попередньо застосованого кремнію.