Krzem w nawożeniu roślin
„Krzem w nawożeniu roślin rolniczych” - fragmenty książki autorstwa dr. hab. Arkadiusza Artyszaka nt. badań z użyciem krzemu. „Krzem (Si) jest fascynującym pierwiastkiem. Nie jest zaliczany ani do makro - ani do mikroelementów, ale jest uważany za quasi-korzystny składnik dla roślin, zwierząt i ludzi. Mimo kilkudziesięciu lat intensywnych badań wciąż kryje wiele tajemnic.
„Krzem w nawożeniu roślin rolniczych” - fragmenty książki autorstwa dr. hab. Arkadiusza Artyszaka nt. badań z użyciem krzemu.
„Krzem (Si) jest fascynującym pierwiastkiem. Nie jest zaliczany ani do makro - ani do mikroelementów, ale jest uważany za quasi-korzystny składnik dla roślin, zwierząt i ludzi. Mimo kilkudziesięciu lat intensywnych badań wciąż kryje wiele tajemnic.
Korzystne działanie krzemu na plonowanie zostało udowodnione w wielu gatunkach roślin. Wyniki kilkudziesięciu doświadczeń w Chinach wykazały, że doglebowe nawożenie krzemem spowodowało średni wzrost plonów ryżu o 10,3%, kukurydzy o 7,7%, ogórka o 13,7%, pomidora o 12,0%, a soi o 11,0% w porównaniu z kombinacją bez nawożenia doglebowego krzemem (Liang i in. 2015k).
W Polsce w badaniach z nawożeniem dokorzeniowym krzemem w uprawie bezglebowej Jarosz (2013) uzyskał wzrost plonu owoców ogórka z rośliny w zależności od dawki krzemu o 3,8, 8,6 i 5,9%.
Bardzo dużo nadziei wiąże się z korzystnym wpływem krzemu na ograniczenie stresów abiotycznych i biotycznych u roślin. Bent (2014) uważał, że zastosowanie krzemu może stać się podstawowym narzędziem pomagającym rozwiązać wiele krytycznych problemów współczesnego rolnictwa.
Niestety, wiedza na temat roli krzemu w produkcji roślinnej w Unii Europejskiej (UE),
w tym w Polsce jest bardzo niska. Dlatego Laane (2017b) podkreślał konieczność upowszechniania w UE wiedzy o znaczeniu krzemu wśród instytucji rządowych i władzy ustawodawczej, aby wdrażać nawożenie tym pierwiastkiem.
Zia-ur-Rehman i współpracownicy (2016b) uznali krzem za jeden z najważniejszych składników pokarmowych, który odgrywa korzystną rolę we wzroście i rozwoju roślin.
Zdaniem tych autorów krzem pomaga roślinom osiągnąć maksymalny potencjał plonowania. Uważa się także, że nawożenie krzemem może ograniczyć efekt cieplarniany.
Doświadczenia przeprowadzone na polach ryżowych wykazały, że nawożenie krzemem pozwala wychwycić od 3 do 13 Mg CO2 z atmosfery do gleby (Zhang i in. 2017). Jest to możliwe m.in. dzięki zwiększeniu masy korzeni roślin o 20–100%. Jednocześnie krzem ogranicza emisję metanu i N2O do atmosfery.
Konieczne jest jednak przeprowadzenie wielu szczegółowych badań w tym zakresie.
Rola krzemu w ograniczaniu stresów abiotycznych u roślin
Jak stwierdził Bent (2014), nawożenie krzemem zwiększa odporność roślin na niekorzystne warunki wzrostu i rozwoju. Korzystne działanie krzemu ujawnia się przede wszystkim w warunkach stresowych, ale jego rola w łagodzeniu stresów abiotycznych u roślin wymaga dalszych badań, ponieważ obecna wiedza jest niewystarczająca (Zia-ur-Rehman i in. 2016b).
Obecnie rozwija się wiedza na temat funkcji krzemu w poszczególnych gatunkach roślin poddanych stresom abiotycznym (zasolenie, toksyczność metali, susza i promieniowanie UV).
Ma (2004) twierdził, że krzem zmniejsza u roślin wpływ stresów abiotycznych i biotycznych, takich jak zasolenie, metale ciężkie, susza, poparzenia słoneczne, szkodniki i choroby powodowane przez grzyby i bakterie, brak równowagi w zaopatrzeniu w składniki pokarmowe, wysoka temperatura i mróz. Te korzystne działania w większości wynikają z nagromadzania się krzemu w liściach, łodygach i plewach. Dlatego działanie krzemu charakteryzuje się szerokimi efektami związanymi z dużą akumulacją krzemu w częściach nadziemnych.
Dotychczas w badaniach stosunkowo najwięcej uwagi poświęcono roli krzemu w indukcji odporności roślin na choroby i łagodzenie toksyczności metali ciężkich. Natomiast jego rola w warunkach niedoboru takich składników pokarmowych, jak żelazo, mangan, cynk i miedź, pozostaje mniej zbadana (Zia-ur-Rehman i in. 2016a). Nawożenie krzemem łagodzi skutki toksyczności boru, niedoboru fosforu, potasu i żelaza, nadmiaru azotu i fosforu oraz promieniowania UV (Liang i in. 2015h).
Krzem obniża wrażliwość roślin na stres, co objawia się m.in. utrzymaniem wysokiej aktywności fotosyntetycznej przy różnych stresach abiotycznych, takich jak susza, zasolenie, toksyczność metali ciężkich i promieniowanie UVB (280–320 nm).
Zastosowanie tego pierwiastka może być obiecującą nową strategią poprawy wzrostu roślin (Bashri i in. 2016).
Zastosowanie krzemu zwiększa wytrzymałość oraz sztywność ścian komórkowych i tkanek. Ponadto zmniejsza również szybkość transpiracji ze szparki, ograniczając w ten sposób transpirację i zwiększając odporność na suszę, wysokie promieniowanie i temperaturę.
Małe pobranie krzemu przez rośliny ozdobne sugeruje, że mogą one nie posiadać homologów genu Lsi, genu kodującego transport krzemu w ryżu, a zatem mogą nie mieć mechanizmów molekularnych leżących u podstaw akumulacji znacznych ilości krzemu (Park i in. 2016). Lsi1 jest odpowiedzialny za transport jonów krzemowych z roztworu zewnętrznego do komórek korzeni, a Lsi2 jest odpowiedzialny za transport z komórek do wiązek przewodzących korzenia. Oba geny znaleziono w ryżu, jęczmieniu, kukurydzy, pszenicy, dyni i skrzypie polnym. Ostatnio okryto także gen Lsi6 biorący udział w rozładunku krzemu w ksylemie. Został on zidentyfikowany w ryżu, jęczmieniu i kukurydzy (Liang i in. 2015d).
Odżywienie roślin krzemem usprawnia regulację genów zaangażowanych w procesy fizjologiczne poprawiające wzrost i tolerancję na stresy abiotyczne i biotyczne. Krzem również pośredniczy w syntezie i gromadzeniu ważnych metabolitów wtórnych, takich jak fenole i flawonoidy, poprzez indukcję ekspresji różnych genów zaangażowanych w szlak fenylopropanoidowy w roślinach pod wpływem stresów środowiskowych (Manivannan i in. 2016).
Ochrona przed metalami ciężkimi
Krzem ogranicza toksyczne działanie metali ciężkich (chromu, cynku, kadmu, miedzi i ołowiu) oraz pierwiastków toksycznych (antymon, arsen, glin i mangan) na rośliny (Brogowski 2000, Badora i Grenda 2002, Grenda i Skowrońska 2004, Wang i in. 2004, Liang i in. 2005, Hou i in. 2006, Nwugo i Huerta 2008, Zhang i in. 2008, Shi i in. 2010, Tripathi i in. 2012, Liang i in. 2015e, Vaculík i Vaculíková 2016).
Maksimović i współpracownicy (2007) zaobserwowali,
że w uprawie hydroponicznej nadmiar manganu nie działał fitotoksycznie na ogórki w obecności krzemu. Mechanizmy łagodzenia wpływu krzemu na fitotoksyczność metali ciężkich wciąż nie są jasne (Liang i in. 2015e, do Nascimento i da Cunha 2016, Tripathi i in. 2016b). Patel i współpracownicy (2016) uważali, że krzem może skutecznie chronić rośliny przed metalami ciężkimi, zmniejszając ich akumulację i transport oraz zwiększając ilość składników mineralnych w suchej masie, a także zdolność antyutleniającą.
Vaculík i Vaculíková (2016) podali, że polepszające działanie krzemu na rośliny poddane stresowi ze strony metali ciężkich łączy się ze zmniejszonym ich pobieraniem przez rośliny.
Łagodzenie stresu zasolenia
Liczne wyniki badań wskazują, że krzem poprawia tolerancję i/lub odporność roślin na zasolenie, ale mechanizm ten nie został dostatecznie wyjaśniony. Dalsze badania powinny poszukiwać wyjaśnienia tego zjawiska na poziomie molekularnym. Wydaje się, po pierwsze, że krzem jest osadzony w apoplaście (jako krzemionka lub fitolit) i może potęgować zatrzymywanie wody przez hamowanie strat w procesie transpiracji i w ten sposób zmniejszać stres osmotyczny wywołany zasoleniem. Po drugie, krzem obecny
w symplaście może aktywnie regulować metabolizm komórkowy oraz procesy fizjologiczne przez regulację ekspresji genów kodujących enzymyszlaku biosyntezy hormonów (np. ABA , JA ) oraz genów kodujących enzymy komórkowego systemu antyoksydacyjnego, zmniejszanie przepuszczalności membran (błon) oraz poprawę ich stabilności i struktury, a także udział w funkcjonowaniu pompy wodorowej (Liang i in. 2015f).
Zwiększenie tolerancji roślin na zasolenie osiąga się głównie przez regulację bilansu składników pokarmowych. Mechanizm, w którym pośredniczy krzem, zaangażowany w łagodzenie stresu zasolenia, polega na odkładaniu tego pierwiastka w ścianie korzenia w celu zablokowania nadmiernego pobierania sodu (Na), a zwiększeniu pobierania takich makroelementów, jak potas (K) i wapń (Ca), oraz hamowaniu pobierania toksycznych jonów przez tworzenie kompleksu Si-metal.
Susza i niska temperatura a nawożenie krzemem
Nawożenie krzemem łagodzi skutki stresu suszy i niskiej temperatury, co może być wykorzystywane w praktyce rolniczej w specyficznych warunkach glebowych i klimatycznych. Mechanizm poprawy tolerancji roślin na suszę i niską temperaturę obejmuje aspekty fizjologiczne, biochemiczne i fizyczne (Liang i in. 2015g).
W doświadczeniach z ryżem w warunkach suszy stosowanie krzemu przywróciło zakłóconą przez brak wody równowagę w pobieraniu składników mineralnych (Chen i in. 2011). Gong i współpracownicy (2005) wykazali, że zastosowanie krzemu poprawiło stan uwodnienia roślin pszenicy w warunkach suszy, zwiększyło aktywność niektórych enzymów antyoksy dacyjnych, zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych, barwników fotosyntetycznych i białka rozpuszczalnego.
Kurdali i współpracownicy (2013) zaobserwowali, że stosowanie krzemu pojedynczo lub w kombinacji z potasem łagodziło skuteczniej stres wodny u roślin ciecierzycy pospolitej niż sam potas. O korzystnym wpływie krzemu na odporność sorga na suszę informowali Lux i współpracownicy (2002). Crusciol i współpracownicy (2009) stwierdzili, że zastosowanie doglebowe krzemu (w krzemianie wapnia i magnezu) wpłynęło na istotny wzrost plonu bulw ziemniaka z krzaka o 16,8% przy braku suszy i o 11,4% w warunkach niedoboru wody w stosunku do kontroli (bez nawożenia krzemem).
Ograniczenie stresów biotycznych
Nawożenie krzemem i jego późniejsze nagromadzanie w roślinach może być wykorzystane do poprawienia zdrowotności roślin i ich produktywności w warunkach stresów biotycznych (Liang i in. 2015r).
Wpływ krzemu na choroby powodowane grzybami
W 1917 roku w Japonii po raz pierwszy zaobserwowano ograniczenie chorób ryżu po zastosowaniu krzemu. W przypadku roślin dwuliściennych zjawisko to stwierdzono w 1939 roku (Datnoff i Rodrigues 2015a).
Wyniki wielu badań dotyczą przede wszystkim korzystnego wpływu krzemu na porażenie roślin przez grzyby, a rzadziej przez bakterie i wirusy. Szczególnie dotyczy to mączniaków (Liang i in. 2015i).
Korzyści z doglebowego stosowania
Stosowanie doglebowe krzemu, podobnie jak i słomy miało korzystny wpływ na wzrost odporności roślin na choroby źdźbła i liści pszenicy ozimej, ale tylko przy wysokim zagrożeniu patogenami (Rodgers-Gray i Shaw 2004).
W badaniach Kadalli i współpracowników (2017) zastosowanie ziemi
okrzemkowej zmniejszało istotnie porażenie roślin ziemniaka zarazą ziemniaka
z 37,7% (tylko pełne nawożenie standardowe NPK + obornik) do 9,4% (600 kg
ziemi okrzemkowej∙ha–1 + połowa dawki nawożenia standardowego).
Krzem wyróżnia się możliwością zmniejszenia intensywności porażenia przez choroby w wielu uprawach.
Nasilenie wielu chorób roślin przenoszonych zarówno przez patogeny glebowe, jak i przez nasiona jest drastycznie zmniejszone w uprawach rolniczych i ogrodniczych, gdy są one prowadzone na glebie lub w uprawie hydroponicznej z dodatkiem krzemu.
Uszkodzenia powodowane przez takie patogeny, jak Fusarium, Pythium, Rhizoctonia oraz nicienie Meloidogyne są mniej poważne, gdy krzem jest dostępny dla roślin, co skutkuje wolniejszym postępem choroby i mniejszym jej nasileniem. Ponieważ odporność rośliny gospodarza na choroby jest ograniczona, podobnie jak skuteczność stosowania fungicydów względem patogenów przenoszonych przez glebę i nasiona, to stosowanie krzemu niewątpliwie powinno być włączone do integrowanej ochrony roślin (Fortunato i in. 2015).
Stosowanie krzemu doglebowe jest bardziej efektywne, ponieważ pośredniczy w obronie
rośliny przed chorobami zarówno korzeni, jak i liści. Stosowanie krzemu jako „fungicydu” może tłumić choroby roślin, jak również zwiększać odporność odmian roślin do tego samego poziomu, jaki mają odmiany o pełnej odporności genetycznej. Nawożenie tym pierwiastkiem jako wartościowe powinno być włączone do integrowanej ochrony roślin, ponieważ ten często pomijany, quasi-istotny pierwiastek ma potencjał do wyraźnego zmniejszenia epidemii chorób roślin.
Wiele roślin rolniczych i ogrodniczych, takich jak jęczmień, ogórek, owies, ryż, trzcina cukrowa i pszenica, korzystnie reaguje na stosowanie krzemu. Większość tych wyników w części było efektem ograniczenia porażenia roślin przez choroby. Rośliny zaopatrzone w krzem wykazują wzrost aktywności enzymów szlaku fenylopropanoidowego. Aktywność enzymów obronnych (chitynazy, ß-1,3-glukanazy) jest utrzymywana na wyższym poziomie podczas infekcji, a transkrypcja genów związanych z obronnością przebiega szybciej i z większą wydajnością (Rodrigues i in. 2015b).
Krzem zwiększa odporność roślin na uszkodzenia powodowane przez szkodniki przez dwa mechanizmy obronne: obronę fizyczną (mechaniczną) i indukowanie obrony biochemicznej (Liang i in. 2015j). Doglebowe stosowanie krzemu może być stosowane do ograniczenia liczebności szkodników ryżu (Villegas i in. 2017). Nawożenie krzemem może zmniejszyć częstotliwość występowania szkodników (owady) w zbożach.
Rachivadran i Sriramachandrasekharan (2017) stwierdzili, niezależnie od gleby, największą zawartość mikroelementów w roślinach ryżu nawożonych standardową dawką makroelementów i 600 kg ziemi okrzemkowej∙ha–1. Prakash i współpracownicy (2017a)
zaobserwowali zwiększone pobieranie i zawartość krzemu w biomasie trzciny cukrowej po nawożeniu ziemią okrzemkową. Ashok i współpracownicy (2017) największe pobranie krzemu przez liście i owoce pomidora stwierdzili stosując pełną standardową dawkę nawożenia (NPK) i ziemię okrzemkową w dawce 250 kg∙ha–1 w porównaniu z kontrolą (bez jakiegokolwiek nawożenia).
Jarosz (2013) zaobserwował w liściach ogórka żywionego dokorzeniowo krzemem istotnie mniejszą zawartość wapnia oraz większą krzemu w porównaniu z roślinami kontrolnymi. Owoce ogórka żywionego dokorzeniowo krzemem zawierały więcej suchej masy, ekstraktu, krzemu oraz mniej cynku i miedzi w porównaniu z owocami roślin kontrolnych.
W badaniach przeprowadzonych przez Jarosza (2014) w owocach pomidora uprawianego na piasku stwierdzono więcej suchej masy (5,52%), cukrów ogółem (2,58% s.m.) i potasu (4,19% s.m.) oraz istotnie więcej krzemu w porównaniu z roślinami uprawianymi na wełnie mineralnej. Jednocześnie liście pomidora nawożonego pożywką wzbogaconą w krzem zawierały więcej krzemu oraz mniej manganu i cynku w porównaniu z roślinami kontrolnymi.
Wpływ nawożenia krzemem na wielkość i jakość plonu
Wyniki badań szeroko opisują poprawę wzrostu, produkcji biomasy, plonowania i jakości pod wpływem stosowania krzemu w uprawie wielu gatunków roślin jednoliściennych, takich jak: ryż, pszenica, kukurydza, jęczmień, proso, sorgo i trzcina cukrowa oraz kilku gatunków dwuliściennych, takich jak bawełna, niektóre warzywa i drzewa owocowe. Wyniki ze stosowaniem doglebowym żużlu zawierającego krzem pozyskane z kilkudziesięciu doświadczeń (soja – 32, pomidor – 35, ogórek – 40, kukurydza – 44, ryż – 50) przeprowadzonych w północno-wschodnich Chinach w latach 2005–2006 wskazują na zwyżkę plonów ryżu o 3,5–28,5% (średnio 10,3%), kukurydzy o 5,6–10,4% (7,7%), ogórka o 9,35–25,6% (13,7%), pomidora o 8,7–15,9% (12,0%) oraz soi o 7,5–13,6% (11,0%) w porównaniu z wariantem kontrolnym (bez nawożenia doglebowego krzemem).
Najbardziej opłacalne było nawożenie ogórka i pomidora w szklarni (Liang i in. 2015k). Jia i współpracownicy(2017) dokonali syntezy wyników 12 eksperymentów przeprowadzonych w ciągu 20 lat oraz doniesień naukowych dowodzących korzystnego wpływu nawożenia krzemem na jakość 30 gatunków roślin obejmujących zboża, owoce i warzywa.
Prakash i współpracownicy (2017a) uzyskali istotny wzrost plonu trzciny cukrowej po zastosowaniu ziemi okrzemkowej (diatomit). Największe plony cukru autorzy ci stwierdzili przy zastosowaniu połowy standardowej dawki nawożenia NPK i 500 kg ziemi okrzemkowej∙ha-1. Zawartość cukru i jego jakość nie różniła się istotnie pomiędzy poszczególnymi wariantami. Zastosowanie ziemi okrzemkowej istotnie zwiększało wysokość roślin, liczbę międzywęźli i grubość łodygi. W badaniach Swamy i współpracowników (2017) stosowanie ziemi okrzemkowej miało korzystny wpływ na plon i jakość granatów poprzez zapewnianie pobierania i transportu składników pokarmowych oraz redukcję stresu u roślin. Najlepsze efekty uzyskano przy dawce 900 kg ziemi okrzemkowej∙ha–1.
Badania Joshi i współpracowników (2017) wykazały poprawę pobierania fosforu przez rośliny granatu i trzciny cukrowej po zastosowaniu mieszanki nawozu zawierającego krzem w formie kwasu ortokrzemowego (H4SiO4) oraz skały zasobnej w fosfor. Autorzy ci zaobserwowali wzrost masy roślin granatu i trzciny cukrowej, wielkości liści, obwodu pnia (łodygi) oraz długość międzywęźli w stosunku do kontroli (bez nawożenia).
Kadalli i współpracownicy (2017) stosując ziemię okrzemkową w dawce 150 kg∙ha–1 z połową dawki standardowego nawożenia (NPK + obornik) uzyskali wzrost plonu bulw ziemniaka o 38,7% (24,3 Mg∙ha–1) w stosunku do kontroli (17,5 Mg∙ha–1) i o 12,9% w stosunku do pełnej dawki standardowego nawożenia (21,5 Mg∙ha–1). Zastosowanie ziemi okrzemkowej w dawkach 150, 300 i 600 kg∙ha–1 wraz z pełnym nawożeniem standardowym spowodowało zmniejszenie plonów bulw w stosunku do stosowania tych samych dawek ziemi okrzemkowej, ale z połową dawki standardowego nawożenia. Mogło to wynikać z większego porażenia przez zarazę ziemniaka w późniejszym okresie wegetacji. Zastosowanie ziemi okrzemkowej w dawce 600 kg∙ha–1 istotnie poprawiało wielkość bulw oraz liczbę bulw o masie powyżej 75 g z 34 szt. z poletka (tylko pełne nawożenie standardowe) do 64 szt. z poletka.
Fallah (2016) podał, że zastosowanie nawozu krzemowego w ilości 250–500 kg∙ha–1 w uprawie ryżu w północnym Iranie zwiększyło plon ziarna o 5% w warunkach polowych i o 24% w doświadczeniu wazonowym. Nazirkar i współpracownicy (2017) w badaniach z cebulą największe plony oraz największe łączne pobranie makro- i mikroelementów uzyskali
stosując 200 kg Si∙ha–1 w postaci popiołu z bagassy (wytłoki z trzciny cukrowej).
W badaniach Durgude i współpracowników (2017) dawka 600 kg ziemi okrzemkowej∙ha–1, jako źródła krzemu stosowana z pełnym nawożeniem (NPK + obornik) pozwoliła uzyskać największe plony cebuli.
W badaniach Chu i współpracowników (2017) nawożenie krzemem w dawce 60 kg SiO2∙ha–1 (dwa rodzaje żużlu zawierające krzem) zwiększało plon owoców winogron o 13,5% w porównaniu z kontrolą (bez nawożenia krzemem) oraz poprawiało ich jakość. Wydłużało także trwałość owoców.
O korzystnym wpływie nawożenia doglebowego krzemem (w formie krzemianu wapnia) i fosforem na poprawę odporności ryżu i pszenicy na wyleganie i wzrost plonowania pisali Dinesh i współpracownicy (2017).
W badaniach Sriramachandrasekharan i współpracowników (2017) wyższe plony bananów uzyskano przy nawożeniu krzemianem potasu stosowanym doglebowo niż dolistnie. Największe plony zapewniała dawka krzemu 50 kg SiO2∙ha–1 wraz z pełną dawką NPK, plony te zmniejszały się wraz ze wzrostem dawki krzemu do 100 i 150 kg SiO2∙ha–1.
Ashok i współpracownicy (2017) największe plony pomidora uzyskali stosując pełną standardową dawkę nawożenia (NPK) i ziemię okrzemkową w dawce 750 i 500 kg∙ha–1.
Nawożenie sałaty kruchej krzemem w dawce 2,0 lub 2,7 dm3·ha–1, w 20. dniu po posadzeniu na miejsce stałe zwiększyło jej plon i trwałość pozbiorczą (de Resende i in. 2008). Badania Jarosza (2015) przeprowadzone w latach 2009–2010 miały na celu określenie wpływu dokorzeniowego stosowania krzemu (0, 250, 500 lub 750 mg·dm–3) i manganu (5,2 lub 52,0 mg·dm–3) na wielkość i skład chemiczny główek sałaty odmiany Omega F1 uprawianej w szklarni. Krzem zastosowano do podłoża jednorazowo przy zakładaniu doświadczenia w postaci wodnego roztworu krzemionki koloidalnej. W badaniach odnotowano istotnie większą masę główek oraz większą zawartość suchej masy u roślin żywionych krzemem w dawce 250 mg·dm–3 w porównaniu z obiektami kontrolnymi, w których nie stosowano krzemu.
O korzystnych efektach stosowania doglebowego krzemu w dawkach (140, 280 i 560 kg Si∙ha–1) w uprawie pszenicy ozimej nawadnianej przez cały okres wegetacji informowali Walsh i współpracownicy (2017).
Poprawa wydajności mlecznej krów
Karmienie krów mlecznych kiszonkami z roślin dokarmianych krzemem pozwoliło poprawić wydajność mleczną. Całkowita zawartość substancji stałych, białka i tłuszczu mleka była wyższa po zastosowaniu krzemu. Najwyższą wydajność mleczną, a także zawartość białka, mleka i tłuszczu osiągnięto w grupie krów karmionych kiszonką z roślin dokarmianych wyższą dawką krzemu (74,9 g Si∙ha–1). Mleko to zawierało mniej mikroorganizmów i komórek somatycznych.
Nawozy zawierające krzem
Wykorzystanie rolnicze krzemu miało początek prawdopodobnie ponad 2000 lat temu w Chinach, gdy chłopi wprowadzali do gleby słomę z ryżu wraz z obornikiem, aby poprawić plonowanie roślin (Datnoff i Rodrigues 2015a).
Rośliny pobierają krzem w formie kwasu ortokrzemowego (H4SiO4) (Singh i in. 2016a). Koncentracja kwasu ortokrzemowego w roztworze glebowym zależy od wielu czynników, m.in. pH gleby, zawartości materii organicznej, tlenków i wodorotlenków żelaza i glinu. Nawożenie krzemem może szybko podnieść stężenie kwasu ortokrzemowego w roztworze glebowym i dlatego może być głównym zabiegiem w intensywnym rolnictwie, szczególnie na glebach, które z natury charakteryzują się niską zawartością krzemu rozpuszczalnego
(Tubaña i Heckman 2015).
Jarosz (2014) podkreślał, że żywienie roślin krzemem jest szczególnie uzasadnione w systemie bezglebowym, w którym korzenie roślin nie mogą korzystać z zasobów tego pierwiastka znajdującego się w glebie. Zauważa też, że krzem to jedyny pierwiastek nieszkodzący roślinom przy nadmiernym pobraniu. Efektywność stosowania krzemu w uprawie roślin jest ściśle uzależniona zarówno od źródła tego pierwiastka, jak i od uprawianego
gatunku i odmiany.
Do nawożenia m.in. ryżu od dawna wykorzystywana jest ziemia okrzemkowa (Rachivadran
i Sriramachandrasekharan 2017).
Zakres źródeł krzemu dla rolnictwa jest bardzo szeroki – od produktów chemicznych poprzez naturalne minerały aż do produktów ubocznych powstających przy produkcji stali (żużel). Wszystkie te produkty wykazały korzystny wpływ na wzrost i plonowanie roślin. Nawozy oparte o żużel są efektywne ekonomicznie, ale niosą ryzyko dla środowiska naturalnego związane z zawartymi w nich metalami ciężkimi. Krzemiany potasu lub sodu są całkowicie rozpuszczalne w wodzie i mogą być stosowane do dokarmiania dolistnego roślin, ale zwykle są zbyt drogie do stosowania doglebowego. Nawozy produkowane ze skaleni zawierających krzemiany potasu, są nie tylko opłacalne i skuteczne w rolnictwie, ale również przyjazne dla środowiska naturalnego (Liang i in. 2015l).
Górecki i Danielski-Busch (2009) podali, że krzemiany wapnia (CaSiO3) i amonu ((NH4)2SiO3), mogą w uprawie ogórka na substratach organicznych stanowić cenne nawozy o spowolnionym (długotrwałym) działaniu. Nawet w znacznych ilościach (4 g∙dm–3 substratu) nie powodują drastycznych zmian odczynu i zasolenia oraz są źródłem krzemu przyswajalnego przez rośliny.
Fallah (2016) podkreślił, że dokarmianie dolistne krzemem jest szybszą metodą dostarczania krzemu do roślin ryżu niż nawożenie doglebowe. Zwraca również uwagę, że naukowcy w Iranie są zainteresowani wykorzystaniem nawozów nanokrzemowych do oprysku, ponieważ ta nowa technologia może rozszerzyć obszar produkcji i wydajność pól ryżowych. Są również zainteresowani prowadzeniem badań na poziomie komórkowym za pomocą mikroskopu elektronowego, badając enzymy i aktywność cytokin, na które może wpływać krzem.
Fallah (2016) podał, że zastosowanie doglebowe krzemianu wapnia zwiększyło powierzchnię liści ryżu. Ponadto krzem spowodował, że liście były wyprostowane, co pozytywnie wpływało na fotosyntezę roślin. Doglebowe stosowanie krzemianu wapnia nie odgrywało roli
w szybkości fotosyntezy, przewodności szparkowej i transpiracji ryżu. W fazie kwitnienia zaobserwowano zwiększoną ilość chlorofilu a i b oraz chlorofilu całkowitego.
W doświadczeniu Kadalli i współpracowników (2017) nawożenie ziemią okrzemkową poprawiało plon suchej masy ziemniaka.
Duże nadzieje wiąże się z nanotechnologią, w której rola krzemu jako nanocząsteczki jest naprawdę ogromna (Tripathi i in. 2015, 2016a, 2017).
Nanocząsteczki SiO2 mogą odegrać dużą rolę w ochronie roślin i ich odżywianiu m.in. ze względu na wyższy stosunek powierzchni do objętości tych cząstek. Prowadząc badania w tym zakresie Siddiqui i Al-Whaibi (2014) udowodnili znaczącą rolę nanocząsteczek SiO2 w poprawieniu zdolności kiełkowania nasion pomidora. W dalszym ciągu pożądane jest lepsze monitorowanie działania krzemu w roślinach (Singh i in. 2016b).
Fallah (2016) przedstawił strategię nawożenia krzemem ryżu w północnymIranie poprzez stosowanie nawozów krzemowych, aby poprawić wzrosti plon oraz zmniejszyć stres biotyczny i abiotyczny u roślin. Rekomendował on pozostawianie słomy ryżowej (5–6% Si) oraz plew (10% Si) na polu, co ma ograniczać niedobory krzemu. Podobnie, w miarę możliwości polecał stosowanie popiołu z plew ryżu. Zalecał, aby nie stosować dodatkowych
ilości nawozów azotowych, ponieważ nie tylko zwiększają wydajność i całkowity pobór azotu i krzemu, ale również zmniejszają stężenie krzemu w słomie ryżu ze względu na nadmierny wzrost biomasy.
Dlaczego krzem nie jest rutynowo stosowany do ochrony roślin
Datnoff i Tubana (2017) próbowali wyjaśnić, dlaczego krzem nie jest rutynowo
stosowany do ochrony roślin i zwiększenia wzrostu roślin w szklarniach i na polach uprawnych.
Ich zdaniem składa się na to kilka przyczyn, m.in.:
– brak spójnych informacji na temat tego, w których glebach zawartość krzemu dostępnego dla roślin jest niska,
– brak skalibrowania aktualnych badań gleby pod kątem oceny ilości
dostępnego krzemu dla roślin dla wielu upraw rolniczych lub ogrodniczych,
– większość laboratoriów analitycznych nie ocenia rutynowo zawartości krzemu
w roślinach,
– wielu naukowców nadal twierdzi, że rośliny są albo akumulatorami krzemowymi, albo nie-akumulatorami, podczas gdy w rzeczywistości wszystkie rośliny gromadzą pewne ilości krzemu w swoich tkankach,
– krzem nie jest uznawany za niezbędny do rozwoju rośliny,
– brak badań pokazujących ekonomiczne korzyści z zastosowania krzemu, które pozwoliłyby na przedstawienie producentom i plantatorom korzyści z jego stosowania.
Wiele z tych ww. kwestii będzie musiało być rozwiązanych, jeśli stosowanie krzemu ma się stać standardową praktyką w produkcji roślin rolniczych i ogrodniczych.
Artyszak i Kucińska (2016) uważali, że krzem ze względu na kompleksowe korzystne działanie na rośliny należy uznać za ważny składnik w nawożeniu w bliskiej przyszłości. Według tych autorów nawożenie krzemem jest bardzo obiecującą technologią XXI wieku.
Wybrane fragmenty dotyczące stosowania krzemu doglebowo, co wydaje się mieć korzystniejszy wpływ zarówno na poprawę właściwości gleby i rośliny pochodzą z książki dr. hab. Arkadiusza Artyszaka pt.: „Krzem w nawożeniu roślin rolniczych”.