Влияние НаноКремния на продуктивность сельскохозяйственных культур

Кремний буквально окружает нас. Он содержится в почве, воде, воздухе и, соответственно, во всех растениях. Основная функция кремния – это защита растений от негативных факторов среды: перепада температуры, дефицита воды, заболеваний, вредителей, засоления почвы, недостатка элементов питания и др. Это достигается его активным участием в обмене веществ, он повышает синтез сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов), активность ферментов, содержание пигментов и активность фотосинтеза, поступление элементов питания из почвы.

Кремний повышает механическую прочность растительных тканей и увеличивает плотность листовой пластинки за счет образования кремнецеллюлезного слоя, который препятствует проникновению пато­генов внутрь растений и затрудняет питание колюще-сосущих вредителей. Чем выше содержание кремния в растениях, тем выше их устойчивость к негативным факторам среды. Это связано с его способностью активизировать собственные защитные механизмы растений.
Основным источником кремния является почва, где он представлен различными модификациями двуокиси кремния (кварц, кристаболит, опал, халцедон, алюмосиликаты и др.), которые недоступны растениям. Растения усваивают кремний в основном в форме монокремниевой кислоты.
Для нормального развития растений ее содержание должно быть не менее 
20 мг/кг почвы, однако ее количество чаще всего ниже этого значения. Кремний участвует в процессе образования гумуса, улучшает влагоемкость, емкость обмена и буферность легких почв, агрегированность частиц почвы.
Внесение кремниевых удобрений увеличивает подвижность фосфориона, содержание фосфорной кислоты, что улучшает обеспеченность растений фосфором, и снижает потребность в фосфорных удобрениях. Наряду с этим повышается эффективность использования фосфоритной муки. Кремний повышает эффективность азотных удобрений и снижает токсичность тяжелых металлов.
НаноКремний – это препарат с частицами активного кремния размером от 0,005 мкм, без дополнительных примесей. Наночастицы в составе препарата составляют 50%. Также удобрение содержит более крупные включения кремниевых кислот, полиэтиленоксид и микроэлементы (железо, цинк, медь) – последних в составе не более 10%.
Кремний для растений – экологически чистое удобрение, пришедшее на замену пестицидам. Потенциал препарата привлекает к нему внимание ученых-биологов. Они выяснили, что данный элемент, хотя и не входит в двадцатку необходимых, без которых нормальное развитие растений невозможно, но способен существенно повлиять на плодородность грунта и его состав. Почва с дефицитом кремниевых кислот имеет низкий уровень других минералов, т.к. сокращение аморфного кремнезема способствует деградации почвенного органического вещества.
Исследования проводились на опытном поле ФНЦ агроэкологии РАН, расположенном в светло-каштановой подзоне сухостепной зоны каштановых почв Нижнего Поволжья. Территория хозяйства – слабоволнистая равнина. Климат резко континентальный, ГТК=0,5-0,6. Сумма среднесуточных положительных температур воздуха равна 3400-3500ºС. Среднегодовое количество осадков 300-350 мм.
Амплитуда минимальных и максимальных температур – 7,8ºС (от +43ºС до -35ºС).
Почвы низко обеспечены азотом, средне – фосфором и повышено – калием. Содержание гумуса – 1,2-2,0%, рН=7-8.

Опыт № 1
Культура – озимая пшеница (сорт Камышанка-4)
Схема опыта:
Предпосевная обработка:
  Контроль б/о 
  Хим. протравитель 0,4 л/т
  Хим. протравитель 0,3 л/т
  Хим. протравитель 0,4 л/т + Нано Кремний 300 г/т
  Хим. протравитель 0,3 л/т + Нано Кремний 300 г/т
  Хим. протравитель 0,4 л/т + Нано Кремний 200 г/т
  Хим. протравитель 0,3 л/т + Нано Кремний 200 г/т 
Фаза – кущение
  Контроль б/о.
  Гербицид
  Гербицид + НаноКремний 100 гр/га + 
Карбамид 10 кг/га
  Гербицид + НаноКремний 75 гр/га + 
Карбамид 10 кг/га
  Гербицид + НаноКремний 60 гр/га + 
Карбамид 10 кг/га
  Гербицид + НаноКремний 50 гр/га + 
Карбамид 10 кг/га
Фаза – колошение
  Контроль б/о.
  Карбамид 10 кг/га
  НаноКремний 100 гр/га + Карбамид 10 кг/га

НаноКремний 75 гр/га + Карбамид 10 кг/га
  НаноКремний 60 гр/га + Карбамид 10 кг/га
  НаноКремний 50 гр/га + Карбамид 10 кг/га
Фенологические наблюдения за ростом и развитием озимой пшеницы Камышанка-5 в течение вегетации показали, что разницы в наступлении фаз развития не отмечено. Все фазы развития озимой пшеницы наступали в один период времени. Продолжительность вегетационного периода в среднем за 3 года составила 285 дней. 
В опыте наибольшее влияние на выживаемость растений 84,6 % к уборке оказалось на варианте № 3-4, с дозировкой НаноКремния 75-100 г/га. К уборке количество растений на квадратном метре по вариантам опыта № 2-6 составило от 288 до 296 шт/м 2, в то время как на контрольном варианте этот показатель составил 274 шт/м2. Применение в период кущения и колошения удобрения НаноКремний способствует сохранности растений озимой пшеницы 
Применение удобрения Нано-Кремний в период вегетации положительно влияло на рост и развитие растений озимой пшеницы Камы-
шанка-5.  Где норма расхода НаноКремния составила 100 г/га (в фазу кущения и колошения).
Анализ растений озимой пшеницы показал, что различные дозы Нано Кремния дали положительные результаты . Высота растений при обработке пшеницы, в дозировке 100 г/га, составила 92,2 см, в дозировке 75 г/га по вегетации – 91,3 см, 60 г/га– 90,1 см, 50 г/га-91,0 см. Применение НаноКремния показало превосходство по высоте растений от 9,0 до 11,5 %, в сравнении с контролем б/о.
Некорневые подкормки препаратом НаноКремний положительно влияли на показатели структуры урожая. Длина колоса на контроле (б/о) составила 7,4 см. Применение удобрения НаноКремний по всем вариантам увеличило длину колоса на 13,5-18,9 % 
Отмечено влияние НаноКремния на количество зерен в колосе и массу зерна с одного колоса и растения. Количество зерен в колосе увеличилось по всем вариантам на 8,3-20,8 %, масса зерна с растения – на 13,7-22,2 %., в сравнении с контрольным вариантом. Следует отметить, что наивысшие показатели отмечены на варианте с НаноКремнием с нормой расхода 100 гр/га 
Применение различных доз удобрения НаноКремний оказало положительное влияние на урожайность озимой пшеницы. Урожайность по вариантам опыта изменялась от 2,68 до 3,26 т/га. Прибавка урожайности, в среднем за 3 года исследований, от применения Нанокремния составила 0,44-0,62 т/га (см. табл. 4). Наибольший эффект (0,62 т/га) 
получен от применения НаноКремния в дозировке 100 г/га (вариант № 3).
Минеральное удобрение Нано­Кремний положительно влияло на качество зерна озимой пшеницы. Масса 1000 зерен составила 32,3-32,6%, тогда как на контроле этот показатель был 30,1 %. Натура зерна составила 766-775 г/л, где применяли НаноКремний, на контрольном варианте (б/о) – 754 г/л.
Содержание сырого протеина и клейковины в зерне пшеницы также превосходило показатели контрольного варианта №1. Влияние НаноКремния на эти показатели было положительным: увеличилось содержание сырого протеина в зерне на 1,1-1,5 %, по сравнению с контролем, а содержание клейковины на 9,1– 11,6 %. По упругости сырой клейковины зерно озимой пшеницы показатели низкие, в результате атмосферной засухи и высоких температур во время налива зерна. 

Опыт № 2
Культура – Лук репчатый.
Гибрид – Тареско
больше на 22,2 %, высота листьев –  на 19,2 %, масса листьев – на 13 %, диаметр луковиц – на 18,6 %, масса луковиц – на 24 %. .
При учете урожайности лука максимальная урожайность 63,2 т/га 
Заключение
  На озимой пшенице прибавка урожайности, в среднем за 3 года исследований, от применения Нано­Кремния составила 0,44-0,62 т/га. 
Наибольший эффект (0,62 т/га) получен от применения НаноКремния в дозировке 100 г/га 

Прибавка урожая озимой пшеницы по годам исследований:
2019 год – от 0,42-0,58 т/га;
2020 год – от 0,44-0,68 т/га;
2021 год – от 0,35-0,8 т/га.
Важно отметить, что применение НаноКремния при протравливании семян озимой пшеницы позволяет уменьшить нормы расхода химического протравителя на 25 %, при этом не снижая качество посевного материала и защиты от корневых гнилей.
  По всем биометрическим показателям вариант, где применяли НаноКремний, превосходил контрольный вариант № 1. Количество листьев на варианте № 2 больше на 22,2 %, высота листьев – на 19,2 %, масса листьев – на 13 %, 
диаметр луковиц – на 18,6 %, масса луковиц – на 24 %. Прибавка урожая лука составила 3,0 т/га.
  Рекомендовать минеральное удобрение НаноКремний для исполь­зования на сельскохозяйственных культурах в условиях Волгоградской области. 

Иванченко Т.В., к.с-х.н., ведущий научный сотрудник ФНЦ
агроэкологии РАН  f