Взаимное влияние кремниевых, фосфорных и азотных удобрений в системе почва-растение, страница 4

Либихом, который, в частности, привел к игнорированию кремния какважного питательного элемента. Именно это противостояние, а также разгоревшиесяпротиворечия между Д.И. Менделеевым и К.А. Тимирязевым сыграли важную негативную рольв изучении кремния такими науками как биология, почвоведение, агрохимия, физиологиярастений. Большой авторитет К.А.Тимирязева, который относился к данному элементу весьмапредвзято, а также изменение интересов Д.И. Менделеева (начало исследований процессоввыплавки металлов) не позволили широко развиваться исследованиям по изучению кремния вРоссии, а затем и в СССР.В Европе во второй половине XIX века агрохимические исследования кремния икремниевых удобрений были продолжены такими учеными, как J.B.

Law, A.D. Hall, C.G.T.Morison (Англия), I. Pierre, V. Jodin (Франция), C. Kreuzhage, E. Wilf, A. Grob (Германия)(Akimoto, 1939; Hall, Morrison, 1906; Ma, Takahashi, 2002; Snyder et al., 2006). Первый патент накремниевые удобрения был выдан в 1881 году в США (Zippicotte & Zippicotte, 1881). Полученныеэкспериментальные данные способствовали началу исследований доступных для растений18(активных) форм кремния в почве. Так, в США в 1898 году профессор W. Maxwell впервые провелисследование почв на содержание водорастворимого кремния (Snyder et al., 2006).Рисунок 10. Профессор Максвелл на Гавайских островах, США, отбор образцов почв,1898.В России интерес к кремнию как элементу начали проявлять почвоведы: Д.А. Сабинин, АКрылов, К.

Гедройц, И.В. Тюрин (Аммосова и др., 1990; Крупенников, 1971). Их работыуказывали на возможную высокую активность соединений кремния в системе почва-растение.Особый интерес в то время вызывало взаимодействие растворимых кремниевых соединений сфосфором и алюминием (Аммосова и др., 1990). Проблеме взаимодействия фосфора и кремния вСССР в 30-е годы 20 века посвятили работы такие исследователи, как А.И. Литкевич и К.Л.Аскинази (Аммосова и др., 1990).Особо следует отметить работы академика В.И.

Вернадского (1938), утверждавшего, чтобез кремния не возможно существование живых организмов на нашей планете. Кремний являетсяциклическим элементом, совершающим непрерывный круговорот в природе. «Миллионы тоннэтого элемента, — указывал В. И. Вернадский, — находятся в непрерывном движении — вгеохимической миграции». В.И. Вернадский был убежден, что кремний и его цикл невозможнорассматривать без участия в нем живых организмов. А.

П. Виноградов (1935) продолжил изучатькремний и его биогеохимический цикл. Его работы дали начало исследованиям роли и функцийSi в лимнологии и микробиологии.19Рисунок 11. В.И. ВернадскийРисунок 12. Профессор Д.Б. ЛовПервые полевые исследования по изучению кремниевых удобрений начались наРотамстедской станции в Англии в 1856 году. Это была полностью частная научная станция,построенная профессором Д.Б. Лов на гонорар, полученный от патента на производствосуперфосфата.

Затем в начале 20 века станция обанкротилась, и королевская чета взяла надстанцией, как научном достоянии Великобритании, шефство. Однако во время Первой мировойвойны расходы на станцию стали обременительными для королевской казны и ряд химическихкомпаний вызвались спонсировать Ротамстед в обмен на проведение там исследований. Именнопосле окончания Первой мировой войны встал вопрос об утилизации миллионов тоннотравляющих веществ.

Было предложено использовать молифицированные отравляющиевещества в качестве пестицидов.20Рисунок 13. Ротамстедская станция, Великобрмитания, где с 1853 года велись полевыеиспытания кремниевых удобрений.В результате исследований, проведенных на Ротамстедской станции, было найдено, чтодействительно можно изготавливать пестициды, используя пришедшие в негодностьотравляющие вещества. Но вместе с тем было установлено, что внесение кремниевых удобренийспособствует повышению естественной защиты растений от биотических и абиотическихстрессов. Эти результаты свидетельствовали о возможности использования кремния как дешевойи высокоэффективной альтернативы пестицидам.

Именно этот факт повлиял на активноеигнорирование кремния в почвоведении, агрохимии и физиологии растений. Начиная с середины20-х годов число публикаций, посвященных кремнию, в агрохимических журналах резко упало.Исключением являлась только Япония. В Японии изучение кремния как элемента,защищающего растения от грибковых заболеваний, широко проводили, начиная с 1927 года, врезультате в 1955 году было принято государственное постановление, обязующее вноситькремниевые удобрения под культуру риса (Ma, Takahachi, 2002).211.5 Современные тенденции развития сельского хозяйства, повышение требований к качествусельскохозяйственной продукции, необходимость восстановления почвенного плодородиядеградированных почв, поиск альтернативы химическим средствам защиты растений привели кповышению интереса к кремнийсодержащим удобрениям и почвенным мелиорантам.

Начиная с2000 года, производство кремниевых удобрений ежегодно повышается на 20-30%. Многиестраны, прежде не применявшие кремниевые удобрения, в настоящее время успешно ихвнедряют. Так, сегодня кремниевые удобрения используют в Японии, Южной Корее, Китае,Индии, Колумбии, Мексике, США, Австралии, Бразилии. Международные конференции,посвященные применению кремния в сельском хозяйстве, были проведены в США, Японии,Бразилии, России, ЮАР, Китае.

Научная литература по кремниевым удобрениям или кремниевымпочвенным мелиорантам насчитывает несколько тысяч единиц. Однако, несмотря на высокуюэффективностькремниевые удобрения остаются весьма ограниченно применяемымиагрохимикатами и знания о роли активных форм кремния в системе почва-растение по-прежнемуизвестны только узкому кругу специалистов. Решение таких задач, как развитие экологическичистого земледелия и устойчивого сельского хозяйства, а также обеспечение продовольственнойнезависимости затруднено без широкого применения кремниевых удобрений и почвенныхмелиорантов.К настоящему времени положительное влияние кремниевых удобрений установлено наразных почвах для следующих сельскохозяйственных культур: риса (Oriza sativa L.), сахарноготростника (Saccharum officinarum L.), ячменя (Hordeum vulgare L.), пшеницы (Triticum aestivumL.), овса (Avena sativa L.), ржи (Secale cereale L.) , сорга (Sorghum vulgare L.), кукурузы (Zea maysL.), подсолнечника (Helianthus annuus L.), бобов (Vici faba L.), сои (Glycine max L.), клевера(Trifolium pretense L.), люцерны (Medicago sativa L.), проса (Panicum miliaceum L.), томатов(Lycopersicum esculentum L.), огурцов (Cucumis sativus L.), кабачков (Cucurbito pero L.), салата(Lactuca sativa L.), табака (Nicotiana tabacum L.), сахарной свеклы (Beta vulgaris L.), лимонов(Citrus x limon (L.) Burm.f.), мандаринов (Citrus reticulate L.), винограда (Vitis vinifera L.), яблонь(Malus silvestris L.), дынь (Cucumis melo L.) и др.1.6 Виды кремниевых удобрений и почвенных мелиорантовВ настоящее время можно выделить несколько типов кремниевых удобрений:синтетические, удобрения на основе растительных остатков, некоторые горные породы, отходыпромышленности.22К синтетическим кремниевым удобрениям относятся прежде всего получаемые припомощи химического синтеза силикаты натрия, калия, кальция, а также аморфныйтонкодисперсный диоксид кремния (Матыченков, 2008; Ma, Takahashi, 2002; Wolly, 1957).

Припроведении научных экспериментов по выявлению механизмов влияния соединений кремния насистему почва-растение чаще всего используют именно данный тип кремниевых удобрений.Силикат натрия впервые начали применять в качестве кремниевого удобрения в 1856 годуна Ротамстедской станции (Rothamsted, 1991). В дальнейшем при проведении исследований скремниевыми удобрениями часто использовали аморфный тонкодисперсный диоксид кремния(«аэросил», «белая сажа») (Барсукова, Рочев, 1979; Бахнов, 1979; Матыченков, 1990).

В качествекомплексного кремний-калийного удобрения применяют легкорастворимый силикат калия (Kanget al., 1988). Раствор силиката калия используют также для опрыскивания растений в теплицах(Cherif, et al, 1994).В настоящее время среди предлагаемых синтетических кремниевых удобрений можноотметить следующие: Biosil (производится в Европе), Zumsil (США), RBS (Нидерланды), Эк-Si(Россия). По своему химическому составу эти препараты представляют собой растворконцентрированной монокремниевой кислоты, стабилизированной щелочью, поэтому ихприменение базируется на использовании разбавленных водных растворов для опрыскиваниярастений.

Низкие дозы этих препаратов (2-6 литров на гектар) обеспечивают достаточно высокуюэффективность (Матыченков, 2008).Использование рисовой соломы, содержание SiO2 в которой колеблется от 4 до 20%(Yoshida, 1978) в качестве кремниевого удобрения сейчас используют в Китае, Индонезии(Ismunadji, 1978), Филиппинах (DeDatta, 1981). В США на болотных почвах южной Флоридыоставляют стерню риса и перепахивают (Dean, Todd, 1979; Deren et al., 1992, 1994).По своим физико-химическим свойствам рисовая солома является одним из наиболееэффективных кремниевых удобрений (Sawant et al., 1994).

Кроме увеличения количествадоступного растениям кремния и улучшения физических свойств тяжелых почв (Kubota, 1992;Semburg et al., 1995), было показано, что рисовая солома может снижать негативное влияниесолей в солонцах и увеличивать микробиологическую активность почв (Нелидов, 1980).Однако большинство фермеров Азии не применяют рисовую солому в качествекремниевого удобрения, так как используют ее в качестве строительного материала и как добавкувкормживотных(Amarasiri,Wickramasingke,1977).Существуеттакжеопасностьраспространения вместе с соломой насекомых-вредителей (Boe et al., 1997; Ponamperyma, 1984).Кроме рисовой соломы, в качестве кремниевого удобрения можно использовать солому других23злаков, которая также обогащена кремнием (Zhang, 1991).

К таким злакам относятся ячмень,рожь, пшеница (Воронков и др., 1978).Наиболее известными примерами кремниевых удобрений, добываемых как минеральноесырье, являются диатомиты и цеолиты (Куликова, 2012; Ермолаев, 1987; Малахидзе и др., 1985;Мустафаев, 1990; Цилу, 1992). Эти соединения имеют относительно хорошую растворимость ииспользуются как в промышленности, так и в сельском хозяйстве (Владимиров и др., 1998;Просянникова, 1994).Кроме диатомитов и цеолитов, возможно использование и других видов природныхминеральных соединений, которые по характеру воздействия на систему почва-растение можноотнести к кремниевым удобрениям: опоки, туфы, пепел, парамонова глина (Игнатьев и др., 1994а, б), доломиты (Takijima et al., 1970), дуниты (Аскинази и Санникова, 1937; Ратнер, 1937).

Такжедля оптимизации кремниевого питания растений можно использовать пыль каменоломен(Stenicka, Narovec, 1994). С целью улучшения физических свойств почв эти соединения обычновносят в очень высоких дозах, до 30% от массы верхнего почвенного горизонта (Куликова, 2012;Царев и др., 1995; Цилу, 1992).В качестве кремниевых удобрений используют шлаки черной, цветной и алюминиевойметаллургии, а также шлаки фосфорной промышленности.