Siliciul este un mineral prezent pe pământ din abundență. Elementul reprezintă aproximativ 28% din greutatea solului mineral.

siliciu

Până de curând, acestui element omniprezent nu i s-a acordat multă atenție ca posibil factor de limitare a fertilității solului și a producției de culturi. Agronomii recunosc acum funcțiile valoroase ale nutriției siliciului în culturi și soluri, și chiar în viața animală.

Cercetările efectuate pe soluri din New Jersey și în multe locuri din întreaga lume au arătat că aplicarea de siliciu suplimentar într-o formă disponibilă din punct de vedere chimic poate proteja sănătatea plantelor și poate beneficia producția de culturi.

Denumiri chimice și terminologie

Siliciul (Si) este un siliciu elementar cunoscut și ca element chimic. Silica, dioxidul de siliciu sau SiO2, sunt compuși cu siliciu și oxigen. Silicatul se referă la compuși de siliciu precum CaSiO3, MgSiO3 sau K2SiO3. Acidul silicic sau acidul mono-silicic (Si (OH) 4 sau H4SiO4) se referă la forma solubilă, disponibilă din plante, a siliciului din soluri. Siliconul se referă la R2SiO, unde R este o grupare organică, cum ar fi metil, etil sau fenil.

Funcția siliconului în plante

Siliciul este benefic pentru multe culturi atunci când este adăugat pe unele soluri ca îngrășământ. Nu este clasificat ca un element esențial pentru majoritatea plantelor, dar coada calului (Equisetum) și unele tipuri de alge nu pot supraviețui fără o cantitate de siliciu din mediu.

Multe specii de plante, în special ierburile, pot prelua siliciu în cantități comparabile cu macronutrienții. Această concentrație ridicată de siliciu în plantă contribuie la rezistența mecanică a plantei. Pe lângă un rol structural, siliciul poate proteja plantele de atacul insectelor, de boli și de stresul de mediu, îmbunătățind răspunsul de apărare al plantei. Pentru unele culturi, fertilizarea cu siliciu a solurilor crește randamentul culturilor chiar și în condiții favorabile de creștere și în absența bolilor.

Beneficiile specifice observate datorită nutriției cu siliciu sunt extinse:

  • Stimularea directă a creșterii și a randamentului
  • Contracarează efectele negative ale excesului de nutriție N
  • Suprimarea unor boli ale plantelor cauzate de bacterii și ciuperci. Bolile suprimate includ făinarea de castraveți, dovleac, grâu și orz și pata de frunze cenușii pe ryegrass perene.
  • Suprimarea sondelor de tulpină, a acarienilor de frunze și a diverselor buncăruri
  • Ameliorează diverse stresuri de mediu. Siliciul protejează împotriva depozitării, secetei, temperaturilor extreme, înghețului, iradierii UV și a stresurilor chimice, inclusiv sarea, metalele grele și dezechilibrele nutrienților.

La animale, siliciul întărește oasele și țesutul conjunctiv. Legumele, cerealele și produsele din cereale fermentate sunt surse de siliciu în alimentația umană.

Figura 1. Frunzele dovleacului care nu prezintă simptome de dezvoltare a făinării atunci când sunt cultivate în sol modificat cu wollastonit, o sursă minerală naturală de silicat de calciu.

Simptomele deficitului de siliciu

Simptomele deficienței de siliciu nu sunt, în general, vizibile în mod evident în domeniu.

Indirect, deficitul de siliciu poate fi prezentat ca o creștere a sensibilității la anumite boli ale plantelor. Culturile precum dovleacul, castravetele, grâul și albastrul din Kentucky sunt susceptibile la o boală numită făinare. Furnizarea unor niveluri îmbunătățite de nutriție cu siliciu pentru aceste culturi poate suprima sau întârzia apariția bolii. Atunci când culturile prezintă un nivel ridicat de susceptibilitate la făinare, acest lucru poate fi considerat un semn al deficitului de siliciu (figurile 1 și 2).

Ca urmare a creșterii concentrațiilor de siliciu în țesuturile plantelor, rezistența mecanică poate fi crescută, ajutând la protejarea plantei de infecții. Studiile au arătat că cantitatea de atac de insecte asupra țesuturilor plantelor poate fi, de asemenea, invers legată de absorbția siliciului. Deci, răspunsul plantelor împotriva agenților patogeni și insectelor la nivel biochimic, fizic și molecular sunt remarcabil de similare atunci când siliciul este preluat de rădăcini și translocat în lăstari, sugerând un rol activ jucat de acest element în apărarea plantelor.

Culturile de cereale lipsite de siliciu adecvat sunt mai predispuse la adăpostire.

Figura 2. Frunzele dovleacului care prezintă simptome ale bolii făinării când sunt cultivate în sol modificat cu carbonat de calciu, calcar.

Analiza solului

Analiza elementară totală a solului mineral tipic este de aproximativ 28% siliciu și 47% oxigen. Majoritatea acestui siliciu este legat de oxigen și alte elemente din țesătura cristalină a solului mineral. Cu intemperiile și timpul, o parte din această vastă cantitate de siliciu este eliberată în forme solubile disponibile pentru absorbție de către plante.

Deși testarea solului pentru disponibilitatea siliciului nu este o parte obișnuită a testării fertilității solului, unele laboratoare oferă o analiză a siliciului solului extractibil cu acid acetic. În prezent, baza de date este foarte limitată în ceea ce privește corelarea nivelurilor de testare a solului de siliciu cu absorbția siliciului din plante. Sunt necesare mai multe cercetări pentru a găsi metode mai bune de testare a solului pentru a prezice disponibilitatea de siliciu.

Interpretarea oricărui test de sol necesită ani de cercetare pe teren. Atunci când optsprezece soluri din New Jersey au fost colectate din întreaga țară și testate folosind metoda de extracție a solului cu acid acetic, acestea au prezentat intervale de siliciu testate la sol de la 4 la 35 mg/L, nivelul mediu de siliciu testat la sol fiind de 14 mg/L.

În domeniile noastre de cercetare, unele culturi susceptibile la făinare au beneficiat de fertilizarea cu siliciu atunci când solul a testat mai mult de 40 mg/L siliciu (extract de acid acetic). Aceste studii pe teren sugerează că multe soluri din New Jersey au niveluri mai mici decât cele optime de siliciu disponibil pentru protejarea culturilor în mod normal susceptibile la făinare.

Măsurarea pH-ului solului și testele pentru necesarul de var sunt ghiduri utile pentru a determina cât din anumite tipuri de produse din îngrășăminte cu siliciu pot fi aplicate unui anumit sol de câmp. Informațiile despre utilizarea acestui test de sol vor fi discutate în secțiunea de la ratele de aplicare.

Factori care afectează disponibilitatea siliconului

Textura solului se referă la procentul de nisip, nămol și particule de argilă dintr-un sol. Siliciul este o componentă a acestor particule minerale de dimensiuni diferite. Deși nisipul este compus în mare parte din dioxid de siliciu, acest material oferă foarte puțin siliciu solubil sau disponibil din plante. Și nu este neobișnuit ca culturile cultivate pe soluri nisipoase să beneficieze de aplicațiile de siliciu solubil.

În general, solurile mai vechi și mai rezistente sunt mai epuizate de siliciu decât solurile tinere din punct de vedere geologic. Multe dintre solurile din New Jersey sunt clasificate ca Ultisoli. Aceste soluri, care au fost supuse la levigare într-un mediu umed de foarte mult timp, tind să aibă mai puține minerale rezistente la intemperii. În consecință, Ultisolii tind să fie relativ săraci de siliciu.

Siliciul nu este o componentă majoră a materiei organice din sol. Solurile compuse aproape în întregime din humus și materie organică se numesc soluri de muck sau histosoli. Deoarece substraturile acestor soluri sunt aproape lipsite de minerale, ele au în mod inerent un conținut redus de siliciu.

Utilizarea amestecurilor fără sol fără turbă în producția de seră înseamnă că foarte puțin siliciu este furnizat din mediul de creștere. De asemenea, s-a demonstrat că sistemele de producție cu efect de seră beneficiază de fertilizarea cu siliciu. Unele amestecuri de sere comerciale sunt acum pre-modificate cu îngrășăminte cu siliciu.

Disponibilitatea de siliciu nu se schimbă semnificativ în spectrul pH-ului solului utilizat pentru cultivarea culturilor. Multe dintre materialele utilizate în mod obișnuit pentru îngrășăminte cu siliciu servesc și ca agenți de calciu, iar aplicarea lor are ca rezultat neutralizarea acidității solului.

Solurile modificate cu îngrășăminte cu siliciu disponibile pentru plante vor spori de obicei absorbția siliciului de către culturi pentru o perioadă de câțiva ani. Astfel, cultivatorii pot planifica un ciclu de rotație în care o serie de culturi receptive pot profita de potențialul beneficiu rezidual al siliciului aplicat anterior.

În rezumat, cercetările de teren sugerează că multe soluri din New Jersey au niveluri mai mici decât cele optime de siliciu disponibil pentru producția de culturi, în special cele mai susceptibile plante la boala făinării.

Analiza țesutului plantelor și absorbția culturilor

Concentrațiile de siliciu din plante, în unele cazuri, pot atinge niveluri comparabile sau mai mari decât cele pentru macronutrienți azot, fosfor sau potasiu.

Concentrațiile de siliciu din țesutul vegetal pot varia foarte mult în funcție de speciile de plante și de disponibilitatea de siliciu din sol. Iarbele și monocotile în general tind să acumuleze siliciu. Concentrații de până la 10% siliciu sunt posibile la unele specii de plante, cum ar fi Equisetum. Concentrațiile de aproape 1% sunt frecvente în rândul ierburilor.

Speciile de plante dicotiledonate, în general, au tendințe mai mici de a acumula siliciu și unele specii pot crește în mod adecvat, cu niveluri de aproximativ 0,1% Si în țesutul vegetal.

Nivelurile optime de concentrație de siliciu nu au fost stabilite pentru multe culturi cultivate în New Jersey. Cu toate acestea, cercetările efectuate pe soluri și culturi locale sugerează intervalele de concentrație care pot apărea pentru unele culturi. De exemplu, furnizarea de siliciu suplimentar unui sol Quakertown folosit pentru cultivarea dovleacului, porumbului și grâului a dus la creșteri mari ale concentrațiilor de siliciu din țesutul plantei. Concentrațiile de siliciu din țesutul frunzelor de dovleac au crescut de la 700 ppm la 3.500 ppm; în țesutul tulpină de porumb de la 1.300 ppm la 3.300 ppm; steagul de grâu pleacă de la 1.530 ppm la 11.750 ppm; iar Kentucky bluegrass pleacă de la 4.200 ppm la 7.200 ppm.

Pentru suprimarea optimă a bolii și producția de cereale a grâului, se recomandă o concentrație de siliciu de 1% (10.000 ppm) sau mai mult în frunza de pavilion.

Recolta de paie de grâu poate prelua și elimina din sol aproximativ 40 lb pe acru de siliciu.

Răspunsul la culturi la siliciu

Culturile pot beneficia de suprimarea bolilor, reducerea leziunilor cauzate de dăunătorii insectelor, tulpini mai puternice și toleranță la stres sau stimularea directă a randamentului din aplicații suplimentare de siliciu.

În întreaga lume, orezul și trestia de zahăr sunt culturile cunoscute pentru a prezenta răspunsuri benefice la fertilizarea cu siliciu. Dintre culturile cultivate în mod obișnuit în New Jersey, dovleacul, porumbul, grâul, ovăzul, albastrul din Kentucky și câinele, pot beneficia de fertilizarea cu siliciu.

Grupurile de culturi care sunt considerate buni candidați pentru fertilizarea cu siliciu includ cucurbitici, ierburi și boabe mici. Orice cultură susceptibilă la mucegaiul praf și/sau pata frunzei cenușii pare să fie buni candidați pentru răspunsuri de câmp la fertilizarea cu siliciu.

Ingrasaminte cu siliciu

Siliciul este acum desemnat oficial ca substanță benefică pentru plante de către Asociația Oficialilor Americani pentru Controlul Alimentelor Plantelor (AAPFCO). Siliciul disponibil din plante poate fi acum listat pe etichetele îngrășămintelor.

Pentru a fi o sursă eficientă pentru culturi, un îngrășământ cu siliciu ar trebui să furnizeze un procent ridicat de siliciu sub formă solubilă. Alte caracteristici de luat în considerare sunt costul materialului, proprietățile fizice și ușurința aplicării. Unele îngrășăminte cu siliciu furnizează alți nutrienți, neutralizează aciditatea solului și servesc drept materiale de calciu.

Deoarece siliciul în natură este întotdeauna combinat cu alte elemente chimice, ar trebui luată în considerare și valoarea agronomică a celorlalte elemente care însoțesc produsul. Unele dintre aceste elemente pot fi macro și micronutrienți valoroși pentru plante.

Produsele comerciale din siliciu sunt comercializate fie ca solide, fie ca lichide. În cazul solidelor, siliciul disponibil din plante crește pe măsură ce dimensiunea particulelor scade.

Produsele cu silicat de calciu sunt îngrășămintele cu siliciu aplicate cel mai frecvent pentru aplicare pe teren. Zgurile fabricii de oțel sunt o sursă bogată de silicat de calciu. Deoarece silicații de calciu neutralizează aciditatea solului și furnizează calciu, aceștia sunt aplicați în mod obișnuit pe sol ca agent alternativ de calciu, la fel ca calcarul agricol sau carbonatul de calciu. Zgurile variază în ceea ce privește puritatea, disponibilitatea siliciului și capacitatea de calciu (evaluată ca echivalent carbonat de calciu sau CCE). O dimensiune fină a particulelor, puritatea și o concentrație ridicată în procente de siliciu solubil sunt proprietăți dorite ale unui subprodus de silicat de calciu sau zgură.

Crossover® (Harsco, Camp Hill, PA) este un produs din siliciu disponibil comercial pentru culturi agronomice. Este fabricat din zgură din oțel inoxidabil care a fost supus prelucrării pentru îndepărtarea metalelor rezultând un produs silicat de calciu și magneziu care conține în mod obișnuit 30% Ca, 7% Mg și 12% Si. Cu o valoare echivalentă a carbonatului de calciu de 93%, Crossover® poate fi utilizat ca material de calciu la aproximativ aceeași cantitate de aplicare ca și cea recomandată pentru carbonat de calciu sau materiale de calciu pentru dolomită. Un îngrășământ cu silicat de calciu și magneziu cu adaos de micronutrienți numit Excellerator® este, de asemenea, disponibil din aceeași fabricare concepută în principal pentru industria gazonului.

Wollastonitul este silicat de calciu extras în mod natural. Mineralele minate sunt de obicei permise pentru utilizarea în agricultura ecologică. Fermierii ecologici ar trebui să verifice cu certificatorul pentru a fi siguri că o anumită sursă de îngrășământ cu siliciu este permisă pentru utilizarea în agricultura ecologică. Institutul de evaluare a materialelor organice (OMRI) a listat un produs wollastonit disponibil comercial aprobat pentru utilizare în agricultura organică. Cercetările efectuate la Rutgers NJAES au demonstrat că wollastonitul măcinat fin este o sursă excelentă de siliciu disponibil din plante.

Silicatul de potasiu și silicatul de sodiu sunt mai des utilizate pentru aplicații horticole sau pentru culturi de seră. Sunt produse solubile care pot fi adăugate la soluții nutritive sau utilizate ca spray-uri foliare. Plantele beneficiază mai mult de soluri, mai degrabă foliare, de siliciu. Acest lucru se datorează faptului că aportul de siliciu la rădăcinile plantelor trebuie să fie prezent în mod continuu sau va fi mai puțin eficient la suprimarea bolii.

Sursele de îngrășăminte care sunt produse secundare ale industriei pot conține niveluri ridicate de metale grele. Astfel de materiale, dacă sunt aplicate ca îngrășământ, vor adăuga metale grele în sol. Materialele care conțin concentrații de metale grele mai mari decât cele permise de regulatori sau care se consideră nesigure în raport cu alte modificări ale solului, nu ar trebui utilizate în agricultură. Probele de produse discutabile pot fi colectate și testate de către Departamentul Agriculturii din New Jersey, P.O. Box 330, Trenton, NJ 08625. Telefon: 609-984-2222. În statul Washington, toate produsele îngrășăminte comerciale trebuie testate. Rezultatele analitice sunt disponibile pe internet. Deoarece multe dintre îngrășămintele enumerate sunt mărci naționale, cultivatorii din New Jersey pot utiliza aceste informații pentru selectarea produselor cu conținut redus de metale grele.

Aplicarea de reziduuri de culturi, gunoi de grajd și compost adaugă, de asemenea, siliciu în sol. Paiele din grâu și alte culturi de cereale mici pot conține cantități semnificative de siliciu. Concentrațiile de siliciu din paie de grâu pot varia de la 0,15 la 1,2% Si, în funcție de nivelul de fertilitate al siliciului din solul pe care a fost produs. Cererea de siliciu de către culturi pe unele soluri poate depăși capacitatea reziduurilor de plante și a compostului de a furniza siliciu disponibil. Creșterea activității biologice a solului asociată cu materia organică poate îmbunătăți solubilitatea siliciului din sol; cu toate acestea, poate dura mulți ani până când siliciu din reziduurile de cultură devine disponibil pentru absorbția plantelor.

O parte din siliciu din reziduurile vegetale apare sub formă de „pietre vegetale” sau fitoliti. Aceste structuri de siliciu sunt foarte rezistente la descompunere și multe persistă în soluri pentru perioade foarte lungi.

Practica îngrășămintelor cu siliciu și ratele de aplicare

În general, îngrășămintele cu siliciu trebuie aplicate pe sol, amestecuri fără sol sau adăugate la soluții nutritive. Pulverizarea îngrășămintelor cu siliciu pe frunzele plantelor nu este, în general, eficientă.

Necesitatea îngrășământului cu siliciu nu este ușor de prezis prin testele de sol disponibile în prezent pentru siliciu extractibil. Dar testarea solului pentru pH-ul solului și necesitatea de calciu poate fi foarte utilă pentru a determina ratele adecvate de aplicare pentru sursele de silicat de calciu.

O abordare practică pentru gestionarea fertilității solului pentru o nutriție îmbunătățită cu siliciu a culturilor este utilizarea produselor cu silicat de calciu, cum ar fi wollastonitul, ca materiale de calciuire. Viteza adecvată de aplicare poate fi determinată de necesitatea ajustării pH-ului solului sau de necesarul de var al solului. Cu cât este mai mare necesarul de var al solului, cu atât este mai mare rata de aplicare posibilă pentru silicatul de calciu.

Un alt factor de testare a solului care trebuie luat în considerare este procentul de saturație a coloizilor solului cu calciu, magneziu și potasiu. Produsele cu silicat care conțin acești cationi pot fi utilizate pentru a completa echilibrul fertilității solului pe complexul de schimb de cationi (CEC).

Aplicarea excesivă de siliciu pe sol din silicatul de calciu nu este, în general, o problemă, deoarece nivelurile țintă ale pH-ului solului ar limita cât de mult se poate aplica. Astfel, ratele de aplicare pentru silicatul de calciu pot varia de la 1 la 6 tone pe acru, în funcție de nivelul inițial al pH-ului solului și de domeniul țintă al pH-ului solului pentru cultura care urmează să fie cultivată.

Când sunt necesare cantități mari de calciu, folosiți silicat de calciu sau wollastonit și direcționați-l către câmpurile de cultură cel mai probabil să beneficieze de aplicarea de siliciu. De exemplu, se știe că câmpurile care trebuie plantate pentru dovleac, grâu sau alte culturi beneficiază de fertilizarea cu siliciu. Culturile horticole de mare valoare pot beneficia de îngrășăminte solubile cu siliciu, cum ar fi silicatul de potasiu sau silicatul de sodiu, aplicate prin sisteme de irigare prin picurare sau prin adăugări de silicat de calciu la amestecurile fără sol.

Referințe

  1. Provance-Bowley, M, JR Heckman și EF Durner. 2010. Silicatul de calciu suprimă mucegaiul și crește randamentul grâului cultivat în câmp. Soil Science Society America Journal 74: 1652-1661.
  2. Heckman, JR., S Johnston și W Cowgill. 2003. Randamentul dovleacului și răspunsul bolii la modificarea solului cu siliciu. HortScience. 38 (4): 552-554.
  3. Hamel, SC și J.R. Heckman. 1999. Impactul produselor din siliciu mineral asupra făinării în gazon cultivat în seră. Rutgers Turfgrass Proceedings 31: 215-220.
  4. Torlon, JT, JR Heckman, JE Simon și CA Wyenandt. 2016. Modificări ale solului din siliciu pentru suprimarea făinării pe dovleac. Durabilitate. 8, 293 2016; doi: 10.3390/su8040293.
  5. Tubaña. BS și JR Heckman. 2015. Siliciul în soluri și plante. 45 de pagini. În: FA Rodrigues și LE Datnoff (eds), Silicon and Plant Diseases. Springer.

Pentru mai multe informații: njaes.rutgers.edu.

Agenții cooperante: Rutgers, Universitatea de Stat din New Jersey, S.U.A. Departamentul Agriculturii și Consiliile Județene ale Freeholderilor Alesi. Rutgers Cooperative Extension, o unitate a stației de experiment agricol Rutgers New Jersey, este un furnizor de programe de egalitate de șanse și angajator.

Stația de experiment agricol din New Jersey
Rutgers, Universitatea de Stat din New Jersey
88 Lipman Drive, New Brunswick, NJ 08901-8525
Oportunități de muncă | Webmaster