Історія застосування

Вивчення кремнію, як елементу живлення рослин, почалося одночасно з дослідженням таких макроелементів, як азот, фосфор і калій. В силу історичних обставин, цьому елементу приділялася набагато менша увага. Однак, наукові уми турбувало питання кремнію, такі відомі вчені, як Ю. Лібіх, А. Гумбольдт, Д. І. Менделєєв, В. І. Вернадський, К. Гедройц, І. В. Тюрін, К. Л. Аскіназі, В. А. Ковда, Г. В. Добровольський та інші вважали його важливим елементом в системі ґрунт-рослина.

Кремнієві добрива відомі у світі з середини 18 століття. Перший патент на кремнієве добриво був виданий в 1888 р у США. Починаючи з 2000 року, виробництво кремнієвих добрив щорічно підвищується на 20-30 % у США, Китаї, Індії, Бразилії та інших країнах. Сьогодні кремнієві добрива використовуються також в Японії, Південній Кореї, Колумбії, Мексиці, Австралії. Однак, вони все ще мало відомі аграріям.

Початок біогеохімічних досліджень активних форм кремнію поклали роботи шведського вченого Яна Берцеліуса, який в 1848 році вперше виділив сам елемент кремній (до цього вважали елементом кремнезем, тобто з’єднання кремнію і кисню). Я. Берцеліусом було висунуто припущення про те, що кремній відіграє важливу роль у формуванні ґрунтового гумусу (Крупеніков, 1971). Отримані експериментальні дані сприяли початку досліджень доступних для рослин (активних) форм кремнію у ґрунті. Так, у США в 1898 році професор W. Maxwell вперше провів дослідження ґрунтів на вміст водорозчинного кремнію (Snyder et al., 2006). У Росії зацікавленість кремнієм як елементом почали проявляти такі ґрунтознавці як Д. А. Сабінін, А. Крилов, К. Гедройц, І. В. Тюрін (Аммосова та ін., 1990; Крупенников, 1971). Їх роботи вказували на можливу високу активність сполук кремнію в системі ґрунт-рослина. Особливий інтерес в той час викликала взаємодія розчинних кремнієвих сполук із фосфором та алюмінієм (Аммосова і ін., 1990).

Перші польові дослідження з вивчення кремнієвих добрив почалися на Ротамстедської станції в Англії в 1856 році. Було встановлено, що внесення кремнієвих добрив сприяє підвищенню природного захисту рослин від біотичних та абіотичних стресів. Ці результати свідчили про можливість використання кремнію як дешевої і високоефективної альтернативи пестицидів. Саме цей факт вплинув на активне ігнорування кремнію у ґрунтознавстві, агрохімії та фізіології рослин. Починаючи з середини 20-х років кількість публікацій, присвячених кремнію, в агрохімічних журналах різко знизилась. Винятком була тільки Японія. В Японії вивчення кремнію як елементу, що захищає рослини від грибкових захворювань, широко проводили, починаючи з 1927 року, у результаті в 1955 році було прийнято державну постанову, яка зобов’язує вносити кремнієві добрива під культуру рису (Ma, Takahachi, 2002).

Сучасні тенденції

Сучасні тенденції розвитку сільського господарства, підвищення вимог до якості сільськогосподарської продукції, необхідність відновлення ґрунтової родючості деградованих ґрунтів, пошук альтернативи хімічним засобам захисту рослин привели до підвищення інтересу до кремнійвмістних добрив і ґрунтових меліорантів. Починаючи з 2000 року, виробництво кремнієвих добрив щорічно підвищується на 20-30 %. Багато країн, що раніше не застосовували кремнієві добрива, в даний час успішно їх впроваджують. Так, сьогодні кремнієві добрива використовують в Японії, Південній Кореї, Китаї, Індії, Колумбії, Мексиці, США, Австралії, Бразилії. Наукова література, у якій висвітлюються питання кремнієвих добрив або кремнієвих грунтових меліорантів, налічує кілька тисяч одиниць. Однак, незважаючи на високу ефективність кремнієві добриваза лишаються агрохімікатами, що дуже обмежено застосовуються і знання про роль активних форм кремнію в системі грунт-рослина, як і раніше, відомі тільки вузькому колу фахівців. Рішення таких завдань, як розвиток екологічно чистого землеробства і стійкого сільського господарства, а також забезпечення продовольчої незалежності ускладнене без широкого застосування кремнієвих добрив і ґрунтових меліорантів.

До теперішнього часу позитивний вплив кремнієвих добрив встановлено на різних грунтах для наступних сільськогосподарських культур: рису, ячменю, пшениці, вівса, жита, сорго, кукурудзи, соняшнику, бобів, сої, конюшини, люцерни, проса, томатів, огірків, салату, тютюну, цукрового буряка, лимонів, мандаринів, винограду, яблунь, динь та ін.

На даний час проблемою кремнієвого живлення займаються дуже активно. Всілякі наукові конференції, проведені свого часу у США (1999), Японії (2002), Росії (2004), Бразилії (2005), ПАР (2008), все більшого значення надають кремнію, як невід’ємному чиннику продуктивності агробіогеоценозів (Пашкевич Є.Б., 2008). Однак, такі добрива досі залишаються нетрадиційними і застосовуються вкрай обмежено. Так, в обов’язковому порядку агросілікати використовуються тільки за кордоном (наприклад, в США, Бразилії, Колумбії, Мексиці, Китаї, Японії, Індії та Південної Кореї) і в основному під культуру рису та кукурудзи (Бочарнікова Е.А., 2011). На даний момент прикладна агрохімія вивчає не тільки природні види кремнійвмістної сировини, а й спеціальні речовини, що випускаються в якості складних мінеральних, органо- або нанокомпозитних кремнійвмістних добрив. До таких речовин відносяться Агрос, Кремневіт, Метасилікат натрію, Мівал-агро, Сілацин, Сіліплант, Енергія-М, Pro-Sil, Zap-Sil, Zumsil та інші. Їх дія на врожайність і якість одержуваної продукції, а також на агрохімічну сторону грунту, також має позитивний ефект (Воронін Д.В., 2010; Дроніна О.С., 2007; Сластьон І.В., 1997). Особливо це стосується таких добрив, як Сіліплант і Агрос, від дії яких врожайність картоплі підвищується в середньому на 30-40 %, а зернових культур – в середньому на 15-20 %. У ряді природних полімінералів, що містять кремній та інші елементи живлення, у теперішній час активно вивчаються давно відомі, в багатьох інших галузях промисловості, осадові породи морського та озерного походження. До різновидів таких відносять діатоміти, кизельгур (діатомітова земля), молерова земля (діатоміти з високим вмістом глини (до 30 %), цеоліти, трепели, опоки та інші (Білоусов В.С., 2011; Дроніна О.С., 2007; Камський, А.В., 2007; Куликова А.Х., 2013; Лобода Б.П., 2002; Яшин Е.А., 2004; Козлов А.В., 2015). Всі вони мають ряд корисних властивостей, за рахунок яких більше використання вони придбали у будівництві, металургії, високочистій хімії, лакофарбової та піротехнічної промисловості, а також у військовій справі.

В Україні одним з провідних виробників хелатних добрив є Компанія «Квадрат». Окрім вже відомих вітчизняним аграріям композицій макро- та мікроелементів «Квантум» зі збалансованим співвідношенням елементів, компанія розробила та пропонує нові препарати специфічної направленої дії, застосування яких дозволяє суттєво зменшити негативний вплив високих температур та нестачі вологи (кремній-калійний концентрат «Квантум-Аквасил»). Комплексна дія калію та кремнію (водорозчинних силікатів) дає можливість зберегти та максимально використати кожну краплю вологи. Калій регулює водний обмін у рослині, а кремній дозволяє знизити втрату вологи листям (транспірацію) та зменшити температуру листя під час спеки, тобто має чітку жарознижуючу дію.

Види кремнієвих добрив та меліорантів

У теперішній час можна виділити кілька типів кремнієвих добрив: синтетичні, добрива на основі рослинних решток, деякі гірські породи, відходи промисловості.
До синтетичних кремнієвих добрив відносяться, перш за все ті, що одержуються за допомогою хімічного синтезу силікатів натрію, калію, кальцію, а також аморфних тонкодисперсних діоксидів кремнію (Матиченков, 2008; M. Takahashi, 2002; Wolly, 1957). При проведенні наукових експериментів по виявленню механізмів впливу сполук кремнію на систему грунт-рослина, найчастіше використовують саме цей тип кремнієвих добрив. Силікат натрію вперше почали застосовувати в якості кремнієвого добрива в 1856 році на Ротамстедської станції (Rothamsted, 1991). Надалі при проведенні досліджень з кремнієвими добривами часто використовували аморфний тонкодисперсний діоксид кремнію («аеросил», «біла сажа») (Барсукова, Рочев, 1979; Бахнов, 1979; Матиченков, 1990). Як комплексне кремній-калійне добриво застосовують легкорозчинний силікат калію (Kang et al., 1988). Розчин силікату калію використовують також для обприскування рослин в теплицях (Cherif, et al, 1994).

У даний час серед синтетичних кремнієвих добрив, що пропонуються, можна відзначити наступні: Biosil (виробляється в Європі), Zumsil (США), RBS (Нідерланди), Ек-Si (Росія). За своїм хімічним складом ці препарати є розчином концентрованої монокремнієвої кислоти, стабілізованою лугом, тому їх застосування базується на використанні розбавлених водних розчинів для обприскування рослин. Низькі дози цих препаратів (2-6 літрів на гектар) забезпечують досить високу ефективність (Матиченков, 2008).

Використання рисової соломи, вміст SiO2 в якій коливається від 4 до 20 % (Yoshida, 1978) в якості кремнієвого добрива зараз популярне в Китаї, Індонезії (Ismunadji, 1978), Філіппінах (DeDatta, 1981). У США на болотних ґрунтах південної Флориди залишають стерню рису і переорюють її (Dean, Todd, 1979; Deren et al., 1992, 1994). За своїми фізико-хімічними властивостями рисова солома є одним з найбільш ефективних кремнієвих добрив (Sawant et al., 1994). Крім збільшення кількості доступного рослинам кремнію і поліпшення фізичних властивостей важких грунтів (Kubota, 1992; Semburg et al., 1995), було встановлено, що рисова солома може знижувати негативний вплив солей в солонцях і збільшувати мікробіологічну активність ґрунтів (Нелидов, 1980). Однак, більшість фермерів Азії не застосовують рисову солому в якості кремнієвого добрива, так як використовують її в якості будівельного матеріалу і як добавку до корму тварин (Amarasiri, Wickramasingke, 1977). Існує також небезпека поширення разом із соломою комах-шкідників (Boe et al., 1997; Ponamperyma, 1984). Крім рисової соломи, як кремнієве добриво можна використовувати солому інших злаків, яка також збагачена кремнієм (Zhang, 1991). До таких злаків відносяться ячмінь, жито, пшениця (Воронков та ін., 1978).

Найбільш відомими прикладами кремнієвих добрив і меліорантів, що видобуваються як мінеральна сировина, є діатоміти і цеоліти (Куликова, 2012; Єрмолаєв, 1987; Малахідзе і ін., 1985; Мустафаєв, 1990; Цілу, 1992). Ці сполуки мають відносно хорошу розчинність і використовуються як в промисловості, так і в сільському господарстві (Владимиров та ін., 1998; Просянникова, 1994).

Крім діатомітів і цеолітів, можливе використання і інших видів природних мінеральних сполук, які за характером впливу на систему ґрунт-рослина можна віднести до кремнієвих добрив: опоки, туфи, попіл, Парамонова глина (Ігнатьєв та ін., 1994 а, б), доломіт (Takijima et al., 1970), дуніт (Аскіназі і Саннікова, 1937; Ратнер, 1937). Також, для оптимізації кремнієвого живлення рослин, можна використовувати пил каменоломень (Stenicka, Narovec, 1994). З метою поліпшення фізичних властивостей ґрунтів ці сполуки зазвичай вносять у дуже високих дозах, до 30 % від маси верхнього грунтового горизонту (Куликова, 2012; Царьов і ін., 1995; Цілу, 1992).
Як кремнієві добрива використовують шлаки чорної, кольорової металургії та алюмінієвої металургії, а також шлаки фосфорної промисловості. Велика їх частина не містить поллютантів і канцерогенів (Черепанов та ін., 1994). Зазвичай, в їх склад входять оксиди кремнію, алюмінію, кальцію та інші екологічно безпечні сполуки (Сулейманов, 1988; Тавровський, 1992). Високий вміст діоксиду кремнію і велика дисперсність деяких відходів дають можливість використовувати їх в якості кремнієвих добрив. Перший патент на застосування відходів доменного виробництва у сільському господарстві був виданий в США ще у 1881 році (Zippicotte, Zippicotte, 1881).
Найчастіше, в якості кремнійвмістних меліорантів застосовують шлаки чорної металургії, оскільки проблема їх утилізації стоїть найбільш гостро. При виробництві 1-ої тони чавуну отримують 0,9 т шлаку (Клечковского, Владимиров, 1934). Відходи алюмінієвої промисловості – бентонітовий шлам, також можуть бути використані в якості кремнієвого добрива (Дзікович і ін., 1993). Проведені дослідження показали високу ефективність шлаків заводів кольорових металів (Матиченков, 1990; Matichenkov, 1994; Матиченков, Бочарнікова, 2003; Ma, Takahashi, 2002; Savant et al., 1997).

У практиці сільського господарства шлаки активно застосовують в Росії (Трейман, 2011), США (Anderson, 1991; Snyder et al., 1986), Японії (Takahashi, Nonaka, 1986), Китаї (Li et al., 2011 року; HaiRong et al ., 2009). Це пояснюється не тільки високою ефективністю даних відходів в якості кремнієвих добрив, а й можливістю їх використання в якості джерела фосфору (Сулейманов, 1988; Матиченков, 2008).

Менеджер свяжется с вами в ближайшее время!

×