В самой основе интенсивного земледелия есть серьезный пробел: наряду с азотом, фосфором и калием любой сельхозкультуре необходимо давать кремний, уверен доктор биологических наук Владимир МАТЫЧЕНКОВ. Накануне ученый (из города Пущино Московской области) побывал в Барнауле и выступил на конференции «Аграрная наука – сельскому хозяйству», где дал пищу для размышлений многим алтайским коллегам, а также сельхозтоваропроизводителям.

Активная форма
Кремний – один из самых распространенных элементов в земной коре и максимальное его содержание приходится именно на почву. По обыкновению его ассоциируют с песком, стеклом, кварцем и полевым шпатом, то есть с инертными (крупнокристаллическими) формами этого элемента.
«Часто слышу от аграриев следующее: «У меня и так песчаные почвы… И если я внесу туда еще больше песка – то каким же образом я получу прибавку к урожаю? Я задаю на это встречный вопрос: «Хорошо. В атмосфере 78% азота – любое растение стоит в азоте, дышит им… Так зачем же вы каждый год вносите в почву еще больше азота?». Люди обычно отвечают: «Ну так ведь это совсем другая форма!» Вот именно – другая. С кремнием точно также», – рассуждает Владимир Матыченков.
Наряду с неподвижными формами кремния в природе есть и подвижные. Прежде всего это монокремниевая и поликремневая кислоты. Они, как и все прочие кислоты, в первую очередь взаимодействует с металлами. В результате этих реакций образуются труднорастворимые силикаты – полевые шпаты, которые составляют около 50% от массы земной коры. При распаде шпатов образуются глины.

Разбудить фосфор
Владимир Матыченков изучает кремний с 2002 года, то есть ровно 20 лет. Ряд исследований, проведенных под его руководством в Институте фундаментальных проблем биологии РАН в Пущино, привели к следующим выводам:
Одно из ценных для сельского хозяйства исследований этого элемента заключается в том, как активный кремний взаимодействует с фосфором, а именно увеличивает его подвижность в почве. В результате реакции с кремнием в почве происходит замещение кальция фосфатов на силикат кальция, в процессе чего высвобождается фосфор.
Схожую гипотезу, по словам Матыченкова, предлагали еще выдающиеся советские ученые Литкевич и Аскинази.
«Когда мы вносим в почву активную форму кремния, где есть недоступные для растения кальция фосфаты, мы, таким образом, делаем их доступными. Многочисленные исследования показали, что, применяя фосфорные и кремневые удобрения вместе, мы вдвое увеличиваем эффективность первых, – поясняет биолог. – И таким образом можем сокращать объем внесения фосфорных удобрений и уменьшать зафосфачивание почв».
Кремний помогает решить и другие почвенные проблемы, в том числе закисление. Традиционно для этого предлагается внесение, например, извести. Однако из-за нее подвижность фосфора в почве как раз теряется. То есть, решая одну проблему, создается другая. Тогда как внесение активных форм кремния помогает решить обе.
«Кроме того, при формировании корневой системы на конце любого корня формируется корневой чехлик. По сути, это бур, который позволяет мягким тканям проникать через почву, а состоит он из молекул кварца. То есть на старте своего развития растение потребляет из почвы кремниевые кислоты, которые затем кристаллизуются в чехлике. Вывод: без кремния – не будет сильной корневой системы».

Верблюжий эффект
Все же ключевая функция активного кремния для растениеводства – защитная.
Прежде всего, этот элемент обеспечивает защиту от стресса. Стресс всегда приводит к повышению реактивных форм кислорода в любом организме, что влечет за собой  разрушение органических молекул внутри живой клетки. И чтобы противостоять этому, любой организм производит так называемые стресс-ферменты.
Около 15 лет назад в отрасли появились так называемые биостимуляторы, которые как раз повышают выделение стресс-ферментов. И активный кремний в них – неотъемлемый элемент.  
Положительный эффект от их применения был выявлен при выращивании пшеницы. В разных странах (в том числе такой опыт закладывался специалистами ИФПБ РАН) сравнивали развитие культуры в разных условиях: при оптимальном увлажнении и в условиях засухи. При минимуме влаги и сильном тепловом стрессе пшеница, которая получила кремниевый стимулятор, в итоге дала урожайность, как при оптимальном увлажнении.
Ученые пришли к выводу, что при внесении кремниевых удобрений нормы полива можно снижать до двух раз. При этом растения на деляне не уступили по биомассе тем, которые росли при оптимальном увлажнении, но без кремниевых подкормок.
Этот вывод ученого вызвал скепсис участников конференции. Но Матыченков пояснил, что, когда растение поглощает монокремниевую кислоту, она преобразуется в клетках в поликремниевую форму «Один атом кремния в таком соединении может задерживать на себе более 100 молекул воды, получая их в том числе из паров, – пояснил ученый. – Таким образом растение буквально запасает влагу внутри самих клеток и отдает их при тепловом стрессе. В первую очередь это происходит во время засухи. Это так называемый «верблюжий» эффект, который растения приобретает при достаточном количестве кремниевых кислот в почве».
Схожий принцип показало и другое исследование ИФПБ РАН. Специалисты выяснили, что кремний повышает активность и численность полезных микроорганизмов в почве. Суть в том, что молекулы гуминовых кислот без кремниевого ядра не могут долго оставаться устойчивыми и быстро разрушатся.
По словам доктора биологических наук, подобные эксперименты идут в настоящее время по всему миру (в первую очередь в странах с засушливым климатом), в том числе в России.

Что внесешь
Доступные формы кремния находятся в верхнем почвенном горизонте, и в современных условиях полеводства из почвы выносится от 70 до 700 кг кремния на 1 га. Разумеется, по закону Либиха (закону возврата – прим. авт.), кремний можно и нужно возвращать, также как и другие питательные элементы, чтобы предотвратить деградацию почв.

Сегодня применение кремниевых удобрений существенно выросло. За минувший год на поля по всему миру было внесено около 4,5 млн тонн кремния. При этом следует различать три вида кремниевых удобрений: это мелиоранты, удобрения и биостимуляторы.  
Первый – кремниевые мелиоранты (шлаки и цеолиты) для должного эффекта требуют огромных доз внесения – около 1 тонны на га. Отсюда вытекает проблема логистики и технологии внесения.
При небольших формах хозяйствования широко применяются вермикулит и перлит, которые, как и мелиоранты, требуют больших объемов внесения на площадь. Например, вермикулит благодаря кремниевой природе обладает высоким коэффициентом водопоглощения – 400-530 %. Он легко впитывает влагу и также легко ее отдает, создавая оптимально влажную среду для питания корней растений.
Следующий класс – кремниевые удобрения, которые вносятся в дозировках схожих, например, с азотом. С одной стороны такие удобрения востребованы, и АПК проявляет к ним большой интерес, с другой – их производство пока недостаточно развито. Третий класс – биостимуляторы. Они вносятся в микродозах, когда даже 70-80 грамм на 1 га дают существенный эффект. Недостаток такой формы удобрений – высокая цена.  
Чтобы определить эффективность любых кремнийсодержащих препаратов, в ИФПБ РАН разработали простую методику. При этом используется водная и кислая вытяжки, анализ которых показывает, сколько активного кремния содержится в том или ином препарате. Тип почвы, при котором вносятся  кремневые удобрения, не играет существенной роли.

**
Историческая справка
Истоки применения кремния в земледелии берут начало со времен подсечно-огневого земледелия. Получаемая в результате зола классифицируется как калийное удобрение, но благодаря последним исследованиям установлено, что древесная зола является, в том числе, кремниевым удобрением.
Однако форма кремниевой золы прямо зависит от температуры горения, так, при 600-700 градусах происходит образование кристаллической решетки, то есть кремний замыкается на себя и переходит в инертное состояние.
В 1813 году английский химик Гемфри Дэви, чье имя связанно, в первую очередь, с азотом, предположил, что кремний аккумулируется в эпидермальных тканях растений, которыми те защищаются от насекомых-вредителей.
Отец современной агрохимии Юстус Либих в 1840-м году дал первое научное обоснование внесению удобрений и ставил кремний в ряд с тремя фундаментальными элементами: азотом, калием и фосфором. То есть Либих говорил не о трех, а четырех элементах питания.