Что такое кремнезем почвы

Растворимый кремнезем и плодородие почв

Хотя кажется, что кремнезем не является важным для роста большинства растений, тем не менее неоднократно было пока­зано, что добавление растворимого силиката к почве или к культуральным растворам давало благотворный результат в том случае, когда имелся дефицит усвояемого фосфора. В на­стоящее время выяснен механизм этого явления. Это происхо­дит не потому, что растение способно утилизировать силикат вместо фосфат-иона, как предполагалось вначале, а скорее благодаря тому, что силикатный ион способен вытеснять фос­фат-ион с поверхности частиц почвы или коллоидного материала, увеличивая таким образом содержание фосфора в рассматри­ваемой системе.

Например, Сринивасан рассмотрел доступную информацию о роли кремния в питании растений и пришел к заключению, что силикат в’ почве способствует поглощению фосфора. В дру­гих исследованиях, выполненных этим же автором [128], было показано, что растворимый кремнезем (или силикат-ион) ад­сорбируется определенными компонентами почвы, в частности глинами. Соотношение между концентрацией и степенью удер­живания силикат-иона оказывается логарифмическим, что ука­зывает на наличие адсорбции. Было продемонстрировано, что гели оксида алюминия и оксида железа адсорбировали силикат — ионы почти так же, как и почвы, образуя адсорбционный ком­плекс, из которого силикат удаляется промыванием с большим трудом. Далее было показано, что в том случае, когда почва обрабатывается растворимым силикатом, фоСфат-ионы адсорби­руются менее прочно. Силикагель не адсорбирует фосфат-ионы. Следовательно, ясно, что добавление силиката может привести к определенному эффекту в питании растения, поскольку сили­кат вытесняет фосфат-ионы, находящиеся в адсорбированном состоянии на поверхности почвы и, таким образом, делает фос­фат более доступным для растения. Бастисс [129] также пока­зал, что фосфат-ионы можно освободить из адсорбированного состояния на некоторых почвах посредством добавления раство­римого кремнезема. Этот прием особенно эффективен для лате — ритных почв, на которых фосфат-ионы прочно адсорбируются. Последние становятся недоступными для растений из-за обра­зования нерастворимых фосфатов железа и алюминия. В почвах такого типа добавление силиката ведет к вытеснению адсорби­рованных фосфат-ионов, так что в результате урожаи зерновых удваиваются или утраиваются, если среда щелочная, видоизме­ненная за счет добавления силиката, и возрастают вплоть до пятикратного размера, если среда нейтральная. Отмечалось также заметное увеличение в растении содержания Si02, Р2О5 и железа. Вытеснение фосфат-ионов из некоторого вида почв силикатом было также продемонстрировано путем измерения изотерм адсорбции [130]. Обработка почв силикатами натрия и калия вела к понижению их способности адсорбировать фос­фат из раствора. Вероятно, силикат изолирует активные адсорб­ционные центры коллоидной системы и сам удерживается более сильно, чем фосфат-ионы. Это приводит к предотвращению адсорбции фосфата.

При исследовании вытеснения анионов из почв путем добав­ления растворимого силиката было показано [131], что фосфат — ионы освобождались из адсорбированного состояния только в слабощелочной среде, так что такое вытеснение скорее осу­ществлялось гидроксил-ионами или силикат-ионами, чем крем­невой кислотой. При рН

7 растворимый кремнезем в основном оказывается в неионизированной форме и поэтому лишь слабо вытесняет фосфат-ионы. Определенное возрастание урожая ячменя и суданской травы отмечалось в том случае, когда к почве добавляли силикат кальция или магния, т. е. вещества, которые, несомненно, в достаточной мере щелочные, чтобы обеспечить образование некоторого количества силикатных ионов. Отмечалось заметное поглощение кремнезема редькой, ячменем и суданской травой, когда они выращивались на сили­катных почвах.

Среди других наблюдений, относящихся к воздействию крем­незема на питание растений, можно отметить следующие. В вод­ной культуре ячменя растворимый силикат вызывал значитель­ное повышение сухой массы растений, если в системе отмечался недостаток фосфора [132]. Развитие листьев тормозилось при недостатке фосфата и ускорялось при добавлении силиката. В присутствии достаточного количества фосфора силикат ока­зывал небольшое влияние. По данным Леммерманна и Висс — мана [133], кремнезем дает повышение урожая определенных видов культур, в частности бобовых и крестоцветных, только в том случае, когда недостаточно содержание фосфорной кис­лоты. Однако благотворное воздействие кремнезема может ока­заться значительно слабее, когда в системе отмечается дефицит поташа или азота. Указанные авторы [134] считают, что крем­незем не изменяет функциональные возможности растения, но способствует растворению фосфатных соединений.

Дюшон [135] пришел к заключению, что благоприятное дей­ствие коллоидного кремнезема на урожаи культур в песчаной среде при недостаточном содержании фосфорной кислоты, ис­пользуемой в качестве удобрения, обусловлено главным образом физическими свойствами коллоидной системы и заключается в улучшении физического состояния песчаной почвы и исполь­зования имеющегося фосфора. Хэмпл [136] пришел к аналогич­ному заключению.

Количество доступного растениям растворимого кремнезема в почвенной влаге в значительной мере определяется химиче­ским составом. Свободные оксиды железа или алюминия погло­щают и переводят в нерастворимое состояние кремнезем. Овес поглощает кремнезем со скоростью, которая непосредственно зависит от количества кремнезема в почвенных водах, и сум­марное содержание кремнезема возрастает с увеличением коли­чества испаряющейся воды. В этом случае кремнезем, таким образом, играет лишь пассивную с биохимической точки зрения роль [137].

Органические кислоты, способные образовывать хелатные соединения с Fe3+ или А13+, очевидно, приводят к выделению’ кремневой кислоты из соединения кремнезема с этими элемен­тами в почве или, наоборот, удаляют указанные элементы с по­верхности кремнезема, что позволяет ему растворяться. Погло­щение кремнезема ускоряется при понижении значения рН в почве [138]. Почву можно удобрять кремнеземом, который переводится в растворимое состояние в виде комплекса с гума — том аммония, аналогичного комплексу катехолата аммония

Фосфат-ионы, согласно данным Рейфенберга и Бучвальда

[140] , способны вытесняться из почв и глинистых минералов, таких, как монтмориллонит, причем этот эффект наименее вы­ражен при рН 7,5. Однако силикат может вытеснять фосфат, особенно при более высоких значениях рН.

Экстрагирование кремнезема растениями из почвы, целиком состоящей из инертных горных пород, таких, как базальт, рио — лит и кварцевый диорит, было исследовано Ловерингом и Эйфе­лем [141], которые использовали хвощи, известные своей спо­собностью аккумулировать кремнезем. В опытах применялась циркулирующая деминерализованная вода. Подсчитано, что количество кремнезема, поглощенного растениями, было эквива­лентно количеству базальта в слое, площадь которого равна 0,4 га, а толщина составляет 0,3 м, образовавшегося за 5000 лет. Было доказано, что по крайней мере часть поглощенного крем­незема находилась в виде комплекса с ароматическим соеди­нением.

По данным Эрхарта [142], растения играют некоторую роль при формировании глинистых минералов: В почвах, бедных кальцием и магнием, растения содержат А1 и Si в пропорциях, соответствующих каолину, и вымершие ткани растений выде­ляют прекаолинит, из которого впоследствии образуется глина. По-видимому, это подтверждается данными Пейнеманна и Фер — рейро [143], согласно которым в верхних почвенных слоях рас­тениями производится образование фракций тонкодисперсного аморфного кремнезема и глины путем формирования фитолитов и прекаолина.

Усвояемость растениями кремнезема может оказаться отно­сительно высокой в почвах, богатых гумусом. Сообщалось о том, что в ФРГ имеется район, где почва содержит кремневую кис­лоту в сочетании с подобными таннину компонентами гумуса, стабильного при рН 9—10 [144]. Рис поглощает большее коли­чество кремнезема из питательной среды, когда в систему до­бавляется поли (2-винилпиридиноксид) [145]. Сообщалось, что — найдено вещество, способное понижать токсичность коллоидного кремнезема или поликремневой кислоты. Природа образуемого’ комплекса, если он существует, еще не раскрыта (см. гл. 1), изучено только воздействие рН.

Источник

Кремний в почве

Кремний содержат в себе более четырехсот минералов почвы. В огромном количестве он есть в песке, гальке, глине, иле, воде, а также в растениях. При отсутствии кремния почва становится бесплодной. Способность аккумуляции почвой энергии Солнца и в последующем передачи ее растущим растениям, обуславливается наличием в ней кремния.

Кварц (SiO2) является наиболее распространенным почвенным соединением. В составе силикатов также содержится кремний. В случае их разрушения (при выветривании и почвообразовании) кремнезем переходит в раствор в форме анионов орто- и метакремниевых кислот [ (SiO4)4- n (SiO3)2- ], силикатов натрия и калия, частично в форме золя. Одна из его частей вымывается из почвы, а вторая осаждается в виде гелей (SiO2. n H2O), переходящих в кварц вторичного происхождения, при потере воды. При взаимодействии с основаниями полутороокисей, коллоидный и истинно растворенный кремнезем образует вторичные силикаты.

Еще в Египте и в древнем царстве Шумере в качестве удобрения использовался речной ил, содержащий 58-60% двуокиси кремния. Именно древние шумеры могли получить по 250-300 центнеров ячменя и пшеницы с гектара. Присутствие кремния в почве усиливает усвояемость магния, фосфора, калия, влияя на обменные процессы и рост растения. А недостаток усвояемого кремния в почве снижает урожайность.

Несмотря на то, что кремния огромное количество в почве, вытащить оттуда его растениям просто. Для того, чтобы попасть в зернышко или плод, кремний должен стать сначала кремниевой кислотой, коллоидным кремнеземом или силикатом.

Урожайность картофеля, риса, моркови, свеклы и огурцов — напрямую зависит от содержания кремния в почве, однако накапливать кремний в почве в необходимом объеме эти растения не могут. Силиконовыми аккумуляторами (накопителями кремния в почве) являются хвощ, спорыш (птичий горец), крапива, лопух, одуванчик, медуница, шалфей, окопник, конский щавель, пастушья сумка.

Кремний в почве существует в сотнях разновидностях:

1. в виде твердого камня;
2. в виде поделочных и полудрагоценных камней – кварц (горный хрусталь), агат, аметист, нефрит, топаз, сердолик, халцедон, оникс, яшма, изумруд, лазурит, аквамарин, гранат и др.
3. множество усвояемых форм кремния скапливается в грязях. В тех, при помощи которых происходит исцеление и лечение.

В поле пучком полевого хвоща не обойдешься, но вот при помощи листвы и соломы можно решить проблему нехватки кремния. Как известно кремень откладывается в стеблях злаковых. А это говорит о том, что нельзя их скашивать под корень, не нужно вывозить с поля солому и нельзя выжигать оставшуюся стерню.

Источник

Удобрение на основе кремнезема — природное питание почвы

ДИАТОМИТОВОЕ ПИТАНИЕ ДЛЯ ПОЧВ НА ОСНОВЕ КРЕМНЕЗЕМА.

Кремний – элемент, второй после кислорода по распространению на нашей планете. В почве содержание кремния колеблется от 20 до 40 %. В силу того, что его просто много в почве и устоявшегося мнения, что он не играет важной роли в физиологии растений (в отличие от NPK и микроэлементов) и является только балластным элементом, кремниевые удобрения в нашей стране не производились, не производятся и практически не применяются. Однако исследования, проведенные в последнее время, кардинально изменили представление об этом элементе.

• Во-первых, кремний является составной частью всех растений и содержится в них в среднем от 0,02 до 0,15 %. Особо высоким содержанием кремнезема (более 50 % в золе) отличаются хвощи, папоротники, злаки. Интенсивно ассимилирующие кремний из почвы растения принято называть «кремнефилами», среди них пшеница, овес, ячмень, просо, рис и др. Например, в золе зерна ячменя содержится более 40 % оксида кремния, в соломе – 91 %; шелухе риса – 93 %. Следовательно, кремний необходим растениям.
• Во-вторых, растения поглощают кремний активно и имеют механизм для быстрого перераспределения его по организму. Кроме того, были выявлены активные формы кремния, которые способны контролировать многие биохимические реакции в растениях. А, самое главное, было установлено, что кремний играет защитную роль при любых стрессовых ситуациях, будь это насекомые-вредители, грибковые заболевания или воздействие низких температур, химическое загрязнение и т.д. Такая универсальность заключается в способности активных кремниевых соединений способствовать быстрому и направленному синтезу специфических органических молекул внутри растительной клетки, которые помогают растению преодолеть или адаптироваться к стрессу. Таким образом, основная роль кремния в растениях — это защита их при любых стрессовых ситуациях
• В-третьих, нельзя не отметить еще одну важную роль кремния в питании растений: по результатам многочисленных исследований кремниевые соединения способствуют переходу недоступных растениям почвенных фосфатов в доступные формы, а также препятствуют трансформации фосфорных удобрений в недоступные. Более того, доказано, что на 40–50 % потребности растений в фосфоре можно удовлетворить за счет внесения в почву кремниевых соединений. Кроме того, при внесении в почву кремниевых соединений возможно улучшение азотного питания растений через стимулирующее влияние их на развитие почвенной микрофлоры.

Как было уже отмечено, кремний один из самых распространенных элементов в земной коре и является основным компонентом почвы. Зачем же тогда нужны кремниевые удобрения? Дело в том, что основная часть соединений кремния играет роль минерального каркаса и инертна по отношению к процессам питания растений, которые могут усваивать только подвижные низкомолекулярные или монокремниевые кислоты. Содержание последних в почве крайне низко, а в связи с постоянным безвозвратным отчуждением (в мире ежегодно 200–250 млн. тонн) дефицит его возрастает и кремний становится лимитирующим урожайность фактором жизни культурных растений.
В силу вышеуказанных особенностей природных сорбентов возможно их использование в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур не только в качестве многофункционального удобрения, но и открываются большие перспективы для создания новых видов удобрительных смесей, обладающих наиболее рациональным режимом взаимодействия с растениями. И, не случайно, за рубежом нетрадиционные минеральные ресурсы широко используются в сельскохозяйственном производстве. Например, прибавка урожайности озимой пшеницы в зависимости от дозы внесения диатомита в отдельные годы может достигать 0,6–1,3 т/га (15–33 %), в среднем 0,3–0,8 т/га (9–25 %), яровой пшеницы соответственно – 0,5–0,27 т/га. При этом улучшалось качество продукции: содержание клейковины в зерне озимой и яровой пшеницы повышалось на 2 % и более.
Диатомит является эффективным удобрением ячменя и в этом отношении превосходит минеральные удобрения в дозе N40P40K40. Прибавка урожайности в среднем составляла от 0,5 до 0,93 т/га (30–52 %). Из высококремнистых пород диатомит более эффективен, чем опока. Применение диатомита совместно с биопрепаратом Байкал ЭМ-1 для предпосевной обработки семян на фоне N40P40K40 способствовало формированию урожайности ячменя, на 33 % превышающей контрольный вариант: прибавка ее составила 0,81 т/га.
При использовании диатомита в системе удобрения улучшалось качество продукции: содержание клейковины в зерне пшеницы в производственных условиях повышалось на 2,4 и 3,3 %, в зерне ячменя кормовых и кормопротеиновых единиц – на 0,6 и 0,7 т/га, а количество перевариваемого протеина на 1 к.е. на 3,9 г; улучшались пивоваренные свойства ячменя (Одесский 100). Пропашные и овощные культуры также являются высокоотзывчивыми на использование диатомита как кремниевого удобрения. Урожайность сахарной свеклы увеличивалась в зависимости от доз внесения диатомита в среднем на 6,5–9 т/га (22–31 %), в отдельные годы от 8,5 до 10,2 т/га (35–55 %). Урожайность клубней картофеля при внесении в почву диатомита в дозе 2,5 т/га увеличивалась на 39 %, в отдельные годы до 50 %; при использовании для опудривания посадочного материала (доза 300 кг/га) прибавка урожайности клубней картофеля составляла 7,8 т/га, или 42 %. Применение диатомита в дозе 3 т/га способствовало повышению урожайности зелёной массы кукурузы на 9,6 т/га, или 19 %; семян подсолнечника – на 0,18 т/га (24 %). Использование диатомита как удобрения пропашных культур способствовало достоверному улучшению качества продукции: содержание сахара в корнеплодах сахарной свеклы повышалось на 1,3–3,6 %, витамина С и крахмала в клубнях картофеля на 5,5 и 4,4 % (абсолютные значения) соответственно, кислотное число в семенах подсолнечника снижалось на 0,4 единицы.

Внесение в почву диатомита в чистом виде способствовало снижению накопления нитратов в продукции: в огурцах на 9 %, томатах на 12 %, моркови на 15 %, столовой свекле на 17 %. Аналогичная закономерность наблюдалась по отношению поступления тяжелых металлов: содержание свинца в плодах томатов снизилось с 0,59 мг/кг в натуральном веществе до 0,09 мг/кг, кадмия – в 1,5 раза, никеля – на 15 %; в столовой свекле свинца – на 22 %, кадмия – на 25 %, никеля – на 26 %, хрома трехвалентного – на 24 %. Применение диатомита способствовало получению экологически более безопасной продукции всех экспериментальных культур: как зерновых, так и пропашных.

Применение высококремнистых пород в качестве удобрения хорошо вписывается в соответствующие технологии возделывания сельскохозяйственных культур, и они могут использоваться разными способами и в разные сроки: от предпосевной (пред посадочной) обработки посевного (посадочного) материала и внесения в небольших дозах в рядки до внесения достаточно больших доз (3–5 т/га) с учетом их длительного последействия (до 4–5 лет). В связи с высокой агрономической эффективностью высококремнистых пород в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур в качестве многофункционального удобрения открываются большие возможности для создания новых видов удобрительных смесей, обладающих наиболее рациональным режимом взаимодействия с растениями.
В связи с вышеизложенным следует признать, что высококремнистые породы являются уникальным средством как для сохранения плодородия почвы, так и для повышения урожайности и получения экологически безопасной качественной продукции, которые позволят поднять земледелие на качественно новый уровень.

Источник