Несмотря на то что кремний очень распространен в природе (занимает второе место после кислорода), он одновременно один из практически не изученных как в растениях, так и в почве элементов. И интерес к нему со стороны биологов и агрохимиков все возрастает. Впрочем, новое — хорошо забытое старое.
В Японии еще в 1955 году на государственном уровне было принято постановление об обязательном внесении его под все культуры. Пристально изучался кремний и в Советском Союзе. Да и сегодня привлекает все больше внимания, поскольку вместе с углеродом формирует плодородие почв, являясь экологически чистой альтернативой пестицидам. К слову, в земной коре на один атом углерода приходится 133 атома кремния.
На международной онлайн-конференция «Кремний и жизнь. Кремнистые породы в сельском хозяйстве» о влиянии кремниевых соединений на свойства почвы, рост и развитие растений говорил доктор биологических наук Института фундаментальных проблем биологии РАН Владимир Матыченков.
— Если значение азота, фосфора и калия известно всем, то функцию кремния знают и понимают немногие. А между тем при его дефиците растения развиваются намного хуже. И этот факт подтвержден многочисленными исследованиями, — утверждает Владимир Викторович. — Если азот очень нужен для развития биомассы растений, калий — для их роста, фосфор — для энергии, то основная роль кремния — повышение устойчивости культур к различным стрессам. А поскольку в реальной жизни идеальных условий для роста и развития растений нет и быть не может, то без него не обойтись. Доказано, что у культур, которые обделены кремнием, не образуется защитный слой эпидермиса, предотвращающий грибковые заболевания.
Ученый предположил, что, скорее всего, именно кремниевые удобрения были первыми в истории нашей цивилизации. Расчищая площадки под посевы, древние люди вырубали деревья и сжигали их. По своему химическому составу и воздействию зола есть не что иное, как комплексное кремнийсодержащее удобрение. В древнеримской империи ее использовали для повышения плодородия истощенных земель. Древние египтяне удобряли свои поля илом, в котором почти 80 процентов кремнезема. Более двух тысяч лет назад в Китае золу называли огненным навозом и вносили под пшеницу и бобы, следуя специальному указу императора. Также использовали в Поднебесной и рисовую солому, в составе которой от 4 до 20 процентов диоксида кремния. Одним словом, там, где в почве дефицит этого элемента, хороших урожаев не видать.
Надо сказать, что в природе достаточно культур, богатых кремнием. Их еще называют кремнефилами. Листья и стебли крапивы густо покрыты ломкими железистыми волосками, которые образованы из оксида кремния. Точно такого же, что входит в состав песка.
Очень много кремния в хвоще. При сбраживании зеленой массы он переходит в травяной настой, которым мы и подкармливаем растения. Немало кремния в подорожнике, спорыше, цветках и листьях одуванчика, крапиве, мать-и-мачехе, горце птичьем. Из злаковых к лидерам относятся овес, отруби, коричневый рис, ячмень, просо, кукуруза. Немало кремния и в продуктах, богатых клетчаткой. Есть он в орехах (особенно грецких), а также семенах тыквы и подсолнуха.
Содержание кремния в разных растениях колеблется в пределах 0,3—10 процентов от сухой массы (смотрите таблицу). В то время как для азота, например, этот разброс составляет 0,5—6 процентов, для калия — 0,8—8 процентов, а для фосфора — 0,15—0,5 процента.
Доступный источник органического кремния и зола, полученная от сжигания каменного угля. Правда, она (в отличие от древесной) закисляет почву. Поэтому и вносится из расчета 1 стакан на 1 кв. м.
В природе кремний встречается преимущественно в виде кремнезема (диоксида кремния SiO2) — кварца, песка, входит в состав полевых шпатов, силикатов и алюмосиликатов. На глинистых почвах его от 20 до 35 процентов, на песчаных — 45—49 процентов, но находится он в недоступном для растений состоянии. Песчаные почвы здесь выигрывают. Песок, частично поглощая солнечную энергию, под воздействием корневых выделений различных культур повышает способность кремния переходить в органические соединения. Бесструктурный и пылевидный грунт — верный признак того, что кремния в нем мало.
В Беларуси в Могилевской и Гомельской областях наиболее распространены кремниевые породы (силициты). В них содержится до 25—30 процентов цеолитов, способных удерживать в пахотном слое почвенную влагу и отдавать ее растениям по мере необходимости. Особенно это важно в засушливые годы.
Как и все кремниевые породы, цеолит, обладая пролонгированным по времени действием, эффективно работает до 3—4 лет. Поэтому вносить его в почву можно раз в 2—3 года.
Доказано, что растения выносят кремния больше, чем, к примеру, калия, фосфора и даже азота. Так, картофель с 1 га берет его 50—70 кг, зерновые — от 100 до 300 кг, а сахарный тростник и вовсе до 700 кг. По расчетам ученых, ежегодно в мире безвозвратно вместе с урожаем отчуждается около 270 миллионов тонн кремния. Это приводит к дефициту как самого элемента, так и ухудшению состава почвы, ускоряя ее деградацию.
Владимир Викторович заострил внимание на том, что кремниевые удобрения значительно улучшают структуру грунта и повышают его плодородие. Объясняется это тем, что, обладая высокой адсорбционной способностью, они удерживают в корнеобитаемом слое внесенные минеральные удобрения. А еще (и это доказано) кремниевые удобрения почти на 60 процентов активизируют почвенную биоту, наших невидимых помощников в битве за урожай.
Также они улучшают питание растений фосфором, уменьшая его вымывание и трансформируя из недоступной формы в доступную. Благодаря этому можно на 30—50 процентов сократить дозы дорогих фосфорных удобрений. Снижает кремний и токсичность алюминия, который резко уменьшает урожайность, особенно на кислых почвах.
Использование фосфорных удобрений и пестицидов привело к загрязнению земель опасными для здоровья тяжелыми металлами. И вновь внимание на кремний. Он может как увеличить их подвижность в почве, так и снизить. Оказывается, при внесении небольших доз монокремниевой кислоты растворимость и подвижность тяжелых металлов резко возрастает, а при увеличении дозы, наоборот, снижается.
Как оказалось, помогает он противостоять и засухе. Как только растение поглощает этот элемент, большая часть монокремниевой кислоты сразу же переходит в поликремниевую, которая, представляя собой гель, и притягивает воду.
Ученые определили, что один атом кремния может удержать до 100—140 атомов воды. Поэтому при нормальном кремниевом питании растение способно запасать от 6 до 37 г воды на 100 г биомассы. То есть оно вначале запасает воду, а потом отдает ее во время засухи. В результате можно на 50 процентов уменьшить расходы на полив.
Помимо этого, повышается и устойчивость к заморозкам, так как снижается порог кристаллизации воды. В наших нестабильных климатических условиях это сложно переоценить.
Подводя итог, Владимир Матыченков отметил, что основная функция кремния — защита растений и формирование почвенного плодородия. Для весомого урожая этого вполне достаточно!
ФАКТ
Кремний позволяет растениям (да и нам с вами) усваивать более 70 микро- и макроэлементов, нормализуя тем самым минеральный баланс.
КСТАТИ
В 1977 г. в Стокгольме на Нобелевском симпозиуме кремний был провозглашен важнейшим элементом высокоразвитой жизни. Его дефицит — одна из причин старения.
ВЛИЯНИЕ КРЕМНИЯ НА РАСТЕНИЯ
♦ Отлично защищает от любого стресса;
♦ существенно влияет на рост и развитие, 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 в плодах содержание сахаров;
♦ улучшает усвоение макро- и микроэлементов;
♦ усиливает действие азотных, калийных и фосфорных удобрений;
♦ 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;
♦ нормализует 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.
СОДЕРЖАНИЕ КРЕМНИЯ В НАДЗЕМНОЙ ЧАСТИ РАСТЕНИЙ
