Silicij (Si) u gnojidbi poljoprivrednih kultura Zašto je silicij (Si) važan element u gnojidbi?

(Zadnja izmjena članka 18/01/2024)

Silicij (Si) u gnojidbi

Silicij (Si) je element koji se nalazi u većim količinama u tlu, jer je sastavni dio minerala gline – alumosilikata (što su alumosilikati?). Međutim, kako je mineral gline vremenski vrlo stabilan oblik, obogaćivanjem tla silicijem, razgradnjom minerala gline vrlo je sporo. Razgradnja minerala gline (alumosilikata) događa se samo u uvjetima vrlo kiselih (šumskih) tala te postupno djelovanjem bakterija koje mogu otopiti silikate u tlu.

Drugi izvor, u tlu, nalazi se u vodenoj otopini tla, gdje se silicij nalazi u obliku monosilikatne kiseline, kao H4SiO4. Iako silicij (Si) nije svrstan u esencijalne (važne) biogene elemente, do danas je provedeno veliki broj istraživanja o pozitivnom učinku primjene na parametare prinosa i kvalitetu plodova brojnih poljoprivrednih kultura. Ovo su samo neke od prednosti primjene silicija (Si) u poljoprivrednoj proizvodnji:

  • u biljnom tkivu značajno povećava prirodnu otpornost biljke na razna gljivična oboljenja (Samuels i sur., 1994, Blaich i Grundhoffer, 1998),
  • povećava mehaničku čvrstoću i otpornost površinskog sloja lista (Rafi et al., 1997),
  • povećava otpornost biljke kod povećane količine mangana u biljci (Rogalla i Romheld, 2001)
  • te aluminija, naročito na kiselim tlima (Galvez et al., 1987)
  • Ahmad i sur. (1992) navode da silicij značajno povećava otpornost biljaka na stres uvjetovan zaslanjivanjem tla
  • Marshner i sur. (1990) u svojim istraživanjima su uočili da silicij može pozitivno utjecati na fiziološku raspoloživost cinka u listu.

Količina silicija (Si) u biljci

Mogućnost usvajanja silicija za biljke se značajno razlikuje. Takahashi i sur. (1990) dijele biljke u 4 klase, ovisno o koncentraciji silicija u listu, na temelju količine silicija (Si) u suhoj tvari:

  • Biljke koje imaju manje od 0,5% silicija (Si) u listu, predstavljaju biljke koje ne akumuliraju veće količine silicija, te im silicij nije od posebnog fiziološkog značenja u metabolizmu. U tu grupu ulazi većina dikotiledonskih biljaka, osim krastavaca, koji je specifična biljka po pitanju akumulacije silicija u biljnom tkivu.
  • Ostale tri grupe biljaka sklone su akumulaciji većih količina silicija u listu, te se količine silicija kreću u rangu od 0,5-2,0% (biljke koje akumuliraju manje količine silicija), 2,0-4,0% Si (biljke koje akumuliraju srednje količine silicija u listu) i više od 4,0% su biljke koje akumuliraju izrazito velike količine silicija u listu.

Jedna od biljnih kultura koja akumulira visoke količine silicija (Si) je riža, koja zbog specifičnog metabolizma, ali i građe korijena ima mogućnosti usvajanja velike količine silicija iz tla ili vodene otopine tla.

Od ostalih kultura, koje se uzgajaju u agroekološkim uvjetima Hrvatske, to su svakako kukuruz i ostale strne žitarice poput pšenica i ječma.

Osim samih fizioloških karakteristika biljaka, količina silicija koji će se nalaziti u biljci ovisi o količini silicija u tlu, odnosno količini silicija koji se dodaje gnojidbom.

Silicij (Si) u gnojidbi pšenice i ječma
Silicij (Si) ima važnu ulogu u gnojidbi strnih žitarica, poput pšenice i ječma

Količina silicija (Si) u različitim poljoprivrednim kulturama

U slijedećoj tablici prikazane su koncentracije silicija u biljnom tkivu nekoliko biljnih vrsta, ovisno o količini silicija koji je dodan u tlo (Rogalla, 2001).

Tablica 1. Količina silicija (Si) u starom listu nekoliko poljoprivrednih kultura, ovisno o količini silicija (Si) dodanog gnojidbom (Rogalla, 2001)

KulturaSposobnost akumulacije silicija (Si) u biljnom tkivuKoncentracija silicija (Si) u otopini tla (1): 0,0 mM SiKoncentracija silicija (Si) u otopini tla (1): 0,9 mM SiKoncentracija silicija (Si) u otopini tla (1): 1,8 mM Si
Kukuruz+-0,8%1,7%
Ječam++0,01%2,0%2,8%
Ricinus--0,1%0,1%
Bob--0,1%0,1%
Krumpir--0,1%0,1%
Krastavac+/++0,15%1,8%2,4%

Količina silicija (Si) u biljci može se kretati u rangu od 1,0-100,0 grama silicija (Si) kg-1 suhe tvari, ovisno o biljnoj vrsti, što je gotovo u rangu ostalih makroelemenata poput fosfora, dušika ili kalcija.

Barker i Pilbeam (2007) navode da pšenica tijekom jednog vegetacijskog ciklusa može usvojiti iz tla 50-150 kg Si ha-1, te time posebno ističu važnost silicija za uspiješan uzgoj pšenice. Osim na visinu prinosa, primjena silicija smanjuje bujnost i reducira porast, pa se time značajno smanjuju štete i od polijeganja, naročito u kišnim i vlažnim godinama.

Sam način usvajanja silicija iz tla nije još u potpunosti razjašnjen (pretpostavlja se da je usvajanje silicija pasivan proces; usvajanja sa vodom), međutim kako površinski sloj tla do dubine od 20 cm sadrži vrlo male količine silicija (0,1-1,6 kg Si ha-1), teško je jednoznačno objasniti sam proces usvajanja silicija iz tla.

Silicij u gnojidbi krastavaca
Silicij je važan element u uzgoju krastavca; od pozitivnog učinka na visinu prinosa do povećanja otpornosti na bolesti lista, poput pepelnice i plamenjače

Kako biljke usvajaju silicij (Si)?

Biljke silicij usvjaju kao monosilikatnu kiselinu ili anion monosilikatne kiseline.

U biljci se transport silicija vrši iz korijena prava vrhovima izboja ksilemskim tokom. Isto tako, otopina monosilikatne kiseline može pasivno penetrirati kroz stanične membrane (Aston i Jones, 1976). Aktivni transport silicija slabo je istražen, te ne postoji dovoljan broj relevantnih istraživanja koji bi mogli potvrditi aktivni transport silicija kroz biljku. Nakon ulaska u korijen, silicij se vrlo brzo transportira kroz biljku. Silicij se koncentrira u epidermi staničnog tkiva, i čini fini sloj silikatno-celulozne membrane koja se veže sa pektinom i kalcijevim ionom (Waterkeyn, Bientait i Peters, 1982). Na taj način tvori se dvostruki kutikularni sloj, koji štiti i mehanički jača strukturu stanice (Yoshida, 1975).

Kod porasta količine silicija u biljci, dolazi do polimerizacije monosilikatne kiseline (Lewin i Reimann, 1969). Kemijska struktura polimerizirane monosilikatne kiseline identificira se kao silicijski gel ili biogeni, amorfni oblik silicija (SiO2) koji je hidratiziran i na sebe veže molekule vode (Lanning, 1960).

Fiziološka uloga silicija (Si)

Silicij je važan u povećanju otpornosti biljke na veće količine aluminija, naročito kod uzgoja na kiselim tlima (Birchall, Exley i Chappell, 1989). Glavni mehanizam obrane biljke od toksične količine aluminija je nastajanje netoksičnog hidroksialumosilikatnog kompleksa u citoplazmi (Exley i Birchall, 1993). Isto tako, anion monosilikatne kiseline (Si(OH)3) može uspiješno zamjeniti fosfatni anion (HPO4)2- u kalcij-, magnezij-, aluminij- i željezo-fosfatima (Matichenkov i Bocharnikova, 1993).

Silicij također može zamjeniti fosfatni ion u molekulama DNA i RNA, te time značajno povećati stabilnost navedenih molekula, što rezultira značajno većom otpornosti biljaka na razne biotske i abiotske uvjete stresa (Vornokov, Zelchan i Lykevic, 1978). Isto tako, veća količina topivog silicija odgovorna je za stvaranje značajno veće količine enzime ribuloze bifosfat karboksilaze u tkivu lista (Adatia i Besdorf, 1986), što potiče bolji metabolizam i učinkovitije korištenje CO2 od strane biljaka.

Primjenom silicija u gnojidbi šećerne repe, moguće je ostvariti povećanje količine šećera (Klechkovsky i Vladimirov, 1934) te je isti učinak utvrđen i u gnojidbi citrusa (limuna, naranče, mandarine), gdje je došlo do značajnog porasta šećera u plodovima citrusa (Matichnkov, Bocharnikova i Calvert, 2002).

Silicij u gnojidbi mandarina
Silicij (Si) ima važnu ulogu i u gnojidbi mandarina; pogotovo na zaslanjenim tlima u dolini rijeke Neretve

Povećanje otpornosti na bolesti i štetnike

Silicij pozitivno utječe na otpornost biljaka na napad bolesti i štetnika. To se ostvaruje kroz dva različita mehanizma. Jedno je povećanje mehaničke otpornosti epidermalnog dijela lista (odnosno stanične stjenke) kroz tvorbu silikatno-celulozne membrane, dok se drugi mehanizam zaštite ostvaruje organskog kompleksa sa silicijem, koji povećava otpornost stanice na razgradnju djelovanjem enzima koje izlučuju patogene gljive (uzročnici bolesti). U slijedećim tablicama prikazan je učinak silicija na uzročnike bolesti i pojedine štetnike.

Više autora je u svojim istraživanjima potvrdilo da je silicij važan element koji inducira obrambene mehanizme biljaka. Silicij stimulira aktivnost enzima kitinaze i brzu aktivaciju enzima peroksidaze i polifenoksidaze nakon gljivične infekcije (Cherif i sur., 1994).

Osim pozitivnog utjecaja na biotske čimbenike stresa, silicij igra važnu ulogu i kod abiotskih čimbenika. Zbog utjecaja na formiranje silicij-celulozne memberane, značajno se smanjuje transpiracija kroz list i time povećava otpornost na sušne uvjete (Emadian i Newton, 1989, Efimova i Dokynchan, 1986). U tlu, reakcijom silicija sa teškim metalima (aluminij i mangan) značajno se smanjuje toksičnost navedenih teškim metala (Barcelo, Guevara i Poschenrieder, 1993). Isto tako, primjenom silicija značajno se povećava otpornost biljaka na stresne uvjete povećanog zaslanjenja tla, pa primjena silicija (Si) ima važnu ulogu u primjeni natapanja poljoprivrednih kultura, naročito kod primjene vode lošije kvalitete.

Kod optimalne bilance silicija u tlu, dolazi do značajno većeg razvoja korijena, te se time povećava adsorpcijska moć korijena za usvajanje vode i hraniva iz tla (Matichenkov, 1996).

U slučaju nedovoljne količine silicija kod rajčice (Lycopersicon esculentum Mill.) dolazi do značajnog opadanja intenziteta cvatnje i zametanja plodova (Miyake, 1993). Osim na cvatnju, pozitivan učinak silicija primjećen je na dozrijevanje i kvalitetu zrna u uzgoju kukuruza (Matichenkov, 1990). Više autora u svojim istraživanjima utvrdilo je pozitivan učinak gnojidbe silicijem na povećanu otpornost biljaka na gljivična oboljenja (Belanger i sur., 1995, Menzies i Belanger, 1996).

Zdravi grozdovi i bobice vinove loze kod redovne primjene silicija (Si) u folijarnoj gnojidbi vinove loze

Iz pregleda rada vidljivo je da silicij, iako nije biogeni element, svakako ima značajnu ulogu u rastu i razvoju poljoprivrednih kultura, te se svakako prilikom planiranja programa gnojidbe poljoprivrednih kultura, treba uključiti i gnojiva na bazi silicija.

Literatura

  1. Adatia, M. H. i R. T. Besford (1986). The effects of silicon on cucumber plants grown in recirculating nutrient solution. Annual Botany 58: 343–351.
  2. Ahmad, R., Zaheer, S.H. i Ismail, S. (1992). Role in silicon in salt tolerance of wheat (Triticum aestivum L.). Plant Sci., 85, 43–50
  3. Aston M.J. i Jones M.M. (1976) A study of the transpiration surfaces of Avena sterilis L. var. Algerian leaves using monosilicic acid as a tracer for water movement. Planta. 1976 Jan;130(2):121-9
  4. Bowen P., J. Menzies, D. Ehret, L. Samuel, A.D.M. Glass. (1992) Soluble silicon sprays inhibit powdery mildew development on grape leaves. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 117:906-912,
  5. Cherif, M., J. G. Menzies, D. L. Ehret, C. Bogdanoff and R. R. Belanger (1994). Yield of cucumber infected with Pythium aphanidermatum when grown with soluble silicon. Horticultural Science 29: 896–897
  6. Cherif, M. i R. R. Belanger (1992). Use of potassium silicate amendments in recirculating nutrients solution to suppress Pythium ultimum on long English cucumber. Plant Disease 76: 1008–1011
  7. Marschner, H., Oberle, H., Cakmak, I. i Römheld, V. (1990). Growth enhancement by silicon in cucumber (Cucumis sativus L.) plants depends on the imbalance in phosphorus and zinc supply. In M.L. van Beusichem (ed.), Plant nutritionPhysiology and applications (pp. 241–249). Dordrecht: Kluwer Academic Publishers
  8. Yoshida, S. (1975). The physiology of silicon in rice. Taipei, Taiwan. Food Fert. Tech. Centr., Tech. Bull. No. 4.

Autor članka: 
dr.sc. David Gluhić, dipl.ing.agronomije
Autor velikog broja članaka na temu gnojidbe poljoprivrednih kultura. Zaljubljenik u poljoprivrednu proizvodnju još od malih nogu. Nepresušni izvor savjeta kako pravilnom gnojidbom ostvariti veći i bolji prinos.
Kontakt (mob.): 098/435-129
e-mail: david.gluhic@gnojidba.info