Введение

Первые вегетационные испытания кремниевых удобрений были проведены Ю.Либихом в 1848 году. В 1856 году на Ротамстедской станции были начаты полевые эксперименты с ежегодным внесением силиката натрия. Эти работы дали начало исследованию и практическому научно-обоснованному применению кремниевых удобрений. Последующие многочисленные лабораторные, вегетационные и полевые эксперименты показали, что кремниевые удобрения позволяют увеличить урожайность растений от 30% до 100% и выше, повысить плодородие почв, снизить скорость почвенной эрозии, восстановить деградировавшие и загрязненные почвы, уменьшить дозы внесения фосфорных удобрений, сократить расход поливных вод и средств химической защиты растений.

Положительное влияние кремниевых удобрений было установлено на различных почвах для следующих культур: риса, сахарного тростника, ячменя, сорго, кукурузы, пшеницы, овса, ржи, подсолнечника, бобов, кормовых бобов, сои, клевера, люцерны, проса, томатов, огурцов, табака, сахарной свеклы, лимонов, мандаринов, винограда, яблок, дынь.

Цикл кремния в агросистемах

Использование почв под сельскохозяйственные культуры нарушает баланс питательных элементов, поскольку значительная их часть ежегодно отчуждается с урожаем. На основании этого факта было определено, что для того, чтобы постоянно получать высокие урожаи сельскохозяйственных культур, необходимо вносить минеральные удобрения, которые и будут восполнять отчуждающиеся с урожаем элементы. К таким элементам в первую очередь относят Азот, Фосфор и Калий. Однако в первой книге (Ю. Либих, 1864) по агрохимии, где и была выдвинута теория удобрений, кроме азота, фосфора и калия фигурировал еще и кремний.

Кремний, так же как и другие питательные элементы, безвозвратно выносится из почвы. Впервые теоретическое обоснование необходимости применения кремниевых удобрений было дано Ю. Либихом (1864), который, основываясь на результатах валового содержания кремния в растениях (Рис. 1), предлагал ввести в состав минеральных удобрений растворимые кремниевые соли. К такому же выводу пришел и Д.И.Менделеев, предложивший в качестве кремниевого удобрения гель кремниевой кислоты (Менделеев, 1870).

По закону минимума, величина получаемого урожая обусловлена прежде всего питательным элементом, находящимся в минимуме (лимитирующий фактор) (Рис. 2).

Поэтому важно знать лимитирующий фактор, определяющий величину урожая, чтобы зря не применять другие удобрения, которые в данный момент не являются таким лимитирующим фактором.

Учитывая, что азот, фосфор и калий уже вносятся в почву, а кремниевые удобрения нет, то часто таким лимитирующим фактором является именно кремний.

Активные формы кремния

Кремний - второй после кислорода по распространенности элемент на нашей планете. В почве содержание кремния колеблется от 20 до 45%, однако большая его часть представлена биогеохимически инертными соединениями типа кварца, полевого шпата или алюмосиликатных  минералов. Наиболее активной формой кремния является монокремниевая кислота. Всего активных форм кремния (монокремниевая кислота, поликремниевые кислоты, аморфный диоксид кремния и др.)  в почве содержится от 1 до 5 %, большая часть из которых представлена аморфными формами диоксида кремния.

Это потенциально активный кремний, который может быть вовлечен в биологический круговорот. Сельскохозяйственные растения поглощают кремний в количестве от 30 до 700 кг/га в год. Основная часть растительного кремния безвозвратно выносится вместе с урожаем. В результате этого происходит дисбаланс активных форм кремния в почве, который ежегодно усиливается.

Соединения кремния в растениях

Кремний является неотъемлемым компонентом растений. Его содержание в золе колеблется от 0,16 до 8,4% и выше. Наибольшее количество Si содержится в злаках, зольность которых достигает 8-16%. Было показано, что у более продуктивных и устойчивых сортов злаков содержание кремния выше. Именно кремниевые соединения формируют так называемый «скелет растений», формируют вертикальную устойчивость.

Оптимизация кремниевого питания растений приводит к увеличению веса корней, их объема, общей и рабочей адсорбирующей поверхности. ЭкSi –росток.

Далее, аккумулируясь в эпидермальном слое листьев, именно кремний формирует механическую защиту для растений (Рис. 5). В результате этого растения могут защищаться от насекомых вредителей и грибковых заболеваний.

Было определено, что кремний формирует иммунную систему растений. Причем кремний играет защитную роль при любом стрессовом факторе, будь то атака насекомых-вредителей, грибковых заболеваний, или воздействие низких температур, высоких температур, недостатка влаги, химического загрязнения. Такая универсальность заключается в способности активных кремниевых соединений способствовать быстрому и направленному синтезу специфических органических молекул внутри растительной клетки (растение отвечает на любой стресс синтезом специфических органических молекул, которые помогают ему преодолеть стресс или адаптироваться к нему). Понимание роли кремния в физиологии растений позволило разработать уникальные препараты, позволяющие повышать сопротивляемость растений к любым неблагоприятным условиям.

Технология «ЭкSi».

Препарат применяется для активации природной иммунной системы самих растений. Действие препарата описано в патенте США (http://www.freepatentsonline.com/y2010/0275666.html Применение высокоэффективных кремниевых препаратов  позволяет повысить урожайность сельскохозяйственных культур от 35% и выше. При этом также происходит повышение уровня плодородия почв. Высокоэффективные кремниевые препараты повышают засухоустойчивость и морозостойкость  растений.

Препараты серии «ЭкSi», проанализированные в Институте фундаментальных проблем биологии Российской академии наук, г. Пущино, являются высоко эффективными кремниевыми препаратами нового поколения. Они позволяют:

Таблица . Эффективность кремниевых  препаратов — увеличение урожайности до %

Культура	Увеличение урожайности, %
	Цеолит	Диатомит	Препараты  серии ЭкSi
Перцы	42,5	-	55-68
Лук		20	48-55
Морковь	29	15	52-65
Картофель	62	12,9	65
Кукуруза			43
Свекла		20	35
Огурцы	33	24,6	82
Ягодные кустарники	30,8		40-60
Томаты			105

1. Увеличить качество и количество получаемой сельскохозяйственной продукции. В среднем кремниевые препараты серии «ЭкSi», увеличивают урожайность до 35% и выше. Доказано, что кремний существенно повышает содержание сахара в растениях и их плодах, в частности во  фруктах и ягодах.
2. Восстановить плодородие деградированных почв. Активные формы кремния влияют на состав вторичных минералов в почве и контролируют такие свойства как водоудерживающие способности почв, адсорбционные способности.
3. Увеличить устойчивость почв к ветровой и водной эрозии.
4. Нейтрализовать алюминиевую токсичность кислых почв. Монокремниевая кислота прочно связывает подвижный алюминий, образуя алюмосиликаты. По своей эффективности кремниевые мелиоранты превосходят известковые материалы.
5. Снизить вынос питательных веществ (N, P, K) от 20 до 90%, сохраняя их доступность для растений. Изучено несколько механизмов этого процесса. Так, реакции замещения фосфат-анионов, силикат-анионов в соответствующих соединениях кальция, железа и алюминия позволяет реактивировать фиксированный фосфор. С другой стороны,  свойства кремниевых  препаратов ЭкSi снижают вынос вносимых минеральных удобрений, которые физически адсорбируются, но остаются доступными для растений.
6. Защитить растения от насекомых-вредителей, грибковых и инфекционных заболеваний без негативного влияния на окружающую среду, как пестициды и фунгициды. Несколько тысяч исследований в этом направлении, проведенные в различных странах и на различных культурах доказали универсальность этой функции кремния. Аккумулируясь в эпидермальных тканях, кремний создает механическую защиту растений от внешних атак. Только дефицит активных форм кремния в пахотном горизонте не дает растению использовать этот потенциал самозащиты.
7. Повысить засухоустойчивость растений и снизить расход поливной воды на 30-40%. Полевые исследования, проведенные в США, Австралии и арабских странах, доказали наличие специфических функций кремния по способности помогать растениям запасать влагу. Предлагается несколько механизмов повышения эффективности использования поливной воды при внесении кремниевых удобрений - от усиления развития корневой системы, снижения испарения влаги растениями до специфических биохимических способов сохранения влаги внутри растения.
8. Повысить устойчивость растений к соляной токсикации.
9. Восстановить и очистить почвы, загрязненные тяжелыми металлами
10. Ускорить созревание плодов  растений   на 1-2 недели и улучшить  их качество (увеличение витаминов, сахаров, увеличение сроков хранения, отсутствие в урожае  нитратов, тяжелых металлов).

Матыченков В.В.
Доктор биологических наук

Профессор университета Флорида (США),
Профессор университета им. Дж. Кука (Австралия)
Профессор сельскохозяйственного университета провинции Хунань (Китай)