Роль и значение кремниевых удобрений для продуктивности сельскохозяйственных культур

Почему кремний критически важен для урожая и почвы

Кремний — второй по распространенности элемент в земной коре после кислорода, он составляет 29,5 % ее массы. В почве этот элемент содержится преимущественно в форме кварца, а также первичных силикатов и алюмосиликатов. Вместе они формируют от 65 до 95 % всей неорганической части почв. Однако интенсивное сельхозпроизводство быстро нарушает этот баланс, ежегодно отчуждая кремний с урожаем в огромных объемах.

Потребность в элементе напрямую зависит от биологии выращиваемой культуры. Все растения по способности накапливать кремний делятся на две группы:

• Кремниефобные (в основном двудольные): содержат минимум элемента — от 0,01 до 0,1 % сухой массы.
• Кремниефильные (большинство однодольных): активно накапливают кремний в пределах 1–10 %, а в отдельных случаях — до 20 % сухой массы.

Глобальный ежегодный вынос кремния с полей достигает 210–225 млн тонн. Из-за этого концентрация доступной монокремниевой кислоты в пахотном слое стремительно падает. Нарастающий дефицит разрушает органо-минеральный комплекс почвы, ускоряет деградацию органического вещества и ухудшает ее минералогический состав.

Как кремниевые удобрения работают на поле

Растения усваивают кремний в виде истинных растворов мономерной ортокремниевой кислоты или ионов силиката. Поглощение идет как за счет пассивной диффузии и влагопереноса, так и путем активного переноса против электрохимического потенциала. Внутри клеток за ассимиляцию кремния отвечают специальные ферменты — силиказы, а у риса в этом процессе участвует оксидаза цитохром. Доступность элемента в почве контролируют по количеству SiO2, экстрагируемому водой или ацетатным буферным раствором лимонной кислоты.

Внесение силикатных известковых удобрений обогащает почву коллоидной кремниевой кислотой. Это снижает активность вредных для растений полуторных окислов и предотвращает связывание фосфора. В результате повышается подвижность почвенных фосфатов, а вносимые фосфорные удобрения переходят в легкодоступную для растений форму.

• Доля кремния в земной коре — 29,5 %
• Доля кремнезема в неорганической части почв — 65–95 %
• Мировой вынос кремния с урожаем в год — 210–225 млн т
• Дефицитный порог кремния в соломе риса — 11 %

Применение кремниевых удобрений существенно улучшает физические свойства почвы. Образующиеся поликремниевые кислоты связывают почвенные частицы своеобразными «мостиками», повышая влагоемкость, емкость обмена и буферность легких земель. Благодаря коагуляции коллоидов улучшается инфильтрация воды, что снижает риски водной эрозии. Кроме того, высокая адсорбционная способность кремния позволяет удерживать другие минеральные удобрения в корнеобитаемом слое, препятствуя их вымыванию.

 Низкая <105 <11 Высокая Средняя 105–130 11–13 Средняя Высокая >130 >13 Не эффективно

В качестве кремниевых удобрений можно использовать следующие соединения:

• метасиликат натрия Na2SiO3 (Na2SiO3∙9H2O, ионогидрат);
• метасиликат калия К2SiO3;
• ортосиликат натрия Na2SiO4;
• натрий кремнефтористый Na2SiF6.

Перечисленные удобрения наибольший эффект дают при предпосевной обработке семян и некорневой подкормке вегетирующих растений.

Для внесения в почву пригодны кремнекальциевые соединения. Этот способ наиболее эффективен на почвах, обедненных подвижной кремниевой кислотой, к которым и относятся почвы с повышенной кислотностью.

Несмотря на малую растворимость, силикат кальция способен к обменным реакциям в кислых почвах. В результате кальций переходит в поглощенное состояние, вызывая снижение кислотности почвы, а кремниевая кислота – в свободно активное. Положительное действие кремнекислоты на кислых почвах заметно проявляется лишь при одновременном устранении или снижении почвенной кислотности. Следовательно, способность силиката кальция нейтрализовать кислотность почвы является предпосылкой для положительного действия самой кремнекислоты.

Кремнекислота обладает защитным действием против вредного влияния на растения гидрата окиси алюминия, образующегося в почве в результате распада сложных силикатов. Обезвреживание ее происходит в результате образования ферриалюмосиликатов, быстро выпадающих в осадок вследствие их ничтожной растворимости.