Биостимуляторы для картофеля с кремнием работают против глобального потепления.
Ожидается, что наиболее сильное негативное влияние глобального потепления на мировую урожайность картофеля произойдет к концу столетия, по пессимистичным прогнозам глобальное производство второго хлеба может сократиться на целых 32 процента в основном за счет снижения урожайности в высоких широтах (Восточная Европа и Северная Америка) и на африканских низменностях. Меньшее снижение ожидается в средних широтах и тропических высокогорьях, но и здесь учащающиеся засухи вредят урожаю.
В последние годы рост и продуктивность сельскохозяйственных культур в значительной степени зависят от экологических стрессов, вызванных глобальным изменением климата.
Периоды высоких температур и засухи становятся все более частыми в Центральной Европе, юго-центральной Азии, юго-восточной Америке и юго-востоке Соединенных Штатов.
Засуха является одним из наиболее серьезных факторов, влияющих на продуктивность сельскохозяйственных культур. Стресс от засухи снижает скорость фотосинтеза и вызывает окислительный стресс в растениях. Для обеспечения продовольственной безопасности и устойчивого развития необходимо адаптировать методы выращивания к глобальному изменению климата и выводить стрессоустойчивые сорта.
Картофель является относительно чувствительной к засухе культурой. Даже короткие периоды дефицита воды могут снизить урожайность.
Тепловой стресс также относится к неблагоприятным факторам. Влияние высокой температуры на рост картофеля зависит от стадии роста растения, и более раннее возникновение оказывает более негативное влияние на урожайность.
Применение биостимуляторов является малозатратным и экологически безопасным инструментом управления урожаем. В последние годы возросло использование некоторых микроэлементов в качестве биостимуляторов для повышения устойчивости растений к стрессу окружающей среды, среди которых популярен кремний – Si. Он играет потенциальную роль в смягчении экологических стрессов у растений при правильном использовании.
Несколько исследований сообщили о многогранной роли кремния в смягчении абиотического стресса у растений путем регулирования различных физиологических, биохимических и молекулярных процессов.
Кремний может служить физическим барьером и улучшать отношения между растением и водой, регулируя поглощение воды корнями и транспирацию. Он также усиливает поглощение питательных веществ, увеличивает скорость фотосинтеза за счет увеличения содержания фотосинтетических пигментов и активности ферментов, связанных с фотосинтезом, и регулирует биосинтез фитогормонов.
Более того, кремний влияет на активность антиоксидантных ферментов и экспрессию генов, связанных с устойчивостью к стрессу, в конечном итоге помогая снизить окислительный стресс у растений.
Кремний можно применять путем опрыскивания листьев, фертигации или внесения в почву. Внекорневое внесение кремния оказывает более выраженный биостимулирующий эффект, чем при внесении в почву.
Формы кремния, используемые для внекорневого внесения, включают силикаты (силикат натрия, силикат калия, силикат кальция или силикат аммония); стабилизированную ортокремниевую кислоту; и наночастицы кремния.
Силикат калия и силикат натрия являются наиболее часто используемыми соединениями кремния. Стабилизированные силикаты представляют собой новую форму кремния для внекорневого внесения в однолетние культуры
Было доказано, что кремний смягчает стресс, вызванный засухой, у растений. Так, листовое внесения кремния в засушливых условиях увеличило урожайность пшеницы на 10–27%, риса на 10–45% и урожайность кукурузы на 15–42%.
Однодольные растения являются более высокими аккумуляторами кремния, чем двудольные. В настоящее время понимание влияния кремния на рост картофеля отчасти ограничено. Большинство экспериментов проводились в контролируемых условиях в теплице и в качестве одногодичного полевого эксперимента в условиях тропического и субтропического, умеренного морского, а также засушливого и полузасушливого климата.
Хотя картофель и является низким накопителем кремния, внекорневое внесение показывает положительные эффекты.
В тропическом климате Бразилии внекорневое внесение кремния (силикат калия; стабилизированная кремниевая кислота) увеличило урожайность коммерческого картофеля на 14–40%. Эффект повышения урожайности кремния зависел от сорта картофеля, его местоположения и формы вносимого кремния. Кремний также вызвал более высокий рост урожайности ультрараннего сорта картофеля, чем позднего сорта.
В умеренном морском климате в Нидерландах кремний, наносимый на листья (стабилизированная кремниевая кислота), увеличил урожайность картофеля на 6,5%, тогда как в засушливом климате в Иране кремний (наночастицы силиката натрия; кремний) увеличил урожайность картофеля на 10–56% в зависимости от серьезности стресса от засоления.
В полувлажном климате в Кении кремний (ортокремниевая кислота) увеличил урожайность картофеля на 56%.
Ранее исследование в умеренном климате в Польше показало, что кремний, наносимый на листья (ортокремниевая кислота), увеличил урожайность картофеля на 6,4–17,6% в зависимости от количества проведенных обработок.
Другое исследование, также проведенное в Польше, показало, что внесение кремния в листовую подкормку (силиката натрия) увеличило коммерческий урожай раннего картофеля на 8,6–50 % в зависимости от гидротермических условий во время роста картофеля
В текущем исследовании, которое провели Ванда Вадас и Томаш Кондрачук из Института сельского хозяйства и садоводства, Факультет сельскохозяйственных наук, Университет в Седльце, была выдвинута гипотеза, что внекорневая подкормка кремнием улучшит рост картофеля в неблагоприятных гидротермальных условиях, увеличив долю ассимиляционных органов в общей массе растения, соотношение площади листьев и удельную площадь листьев, а также содержание хлорофилла в листьях и, как следствие, увеличит урожайность раннего картофеля.
Новый польский эксперимент с кремниевыми биостимуляторами для картофеля
Для проверки этой гипотезы были исследованы эффекты биостимуляторов на основе Si на рост и урожайность ранних сортов картофеля.
Новизна данной работы заключается в ее вкладе в понимание того, как условия окружающей среды при использовании кремниевых препаратов влияют на их эффективность. Примечательно, что в этом исследовании впервые в качестве одного из источников растворимого кремния был использован стабилизированный силикат аммония.
Исследование проводилось на экспериментальном поле Седлецкого университета в Польше в Центральной Европе в 2020–2022 гг. Этот регион характеризуется умеренным климатом.
Гидротермические условия в период роста картофеля были разными. Первый экспериментальный год 2020 года был умеренно теплым, с периодическим дефицитом воды. Следующий год (2021) выдался теплым и крайне сухим, как и 2022 год.
Выращивались три ранних сорта картофеля: Богун (Bohun - чувствительный к засухе), Гвязда (Gwiazda - устойчивый к засухе) и Лавенда (Lawenda - устойчивый к кратковременной засухе). Это новые польские сорта картофеля многоцелевого кулинарного типа.
Растения картофеля обрабатывались тремя биостимуляторами на основе Si: 1. (6 г Si и 20 г Ca на литр; холин-стабилизированная ортокремниевая кислота; Chol-sSa + Ca); 2. (6 г Si на литр; холин-стабилизированный метасиликат аммония; Chol-sNH 4 -Sil); 3. (93 г Si и 24 г Fe на литр; метасиликат натрия и хелат железа Fe-EDTA; Na-Sil + Fe-EDTA).
Биостимуляторы вносились через листья дважды, на стадии развития листьев (BBCH 13–15) и через две недели после первой обработки, по 0,5 л/га при каждой обработке.
Растения, обработанные биостимуляторами, были выше и производили большую надземную биомассу и больший вес клубней, чем контрольные растения (без биостимулятора). В результате общий урожай клубней был выше в среднем на 10–13%, а урожай товарных клубней на 11–15%.
Эффекты биостимуляторов на основе Si, стимулирующие рост растений и повышающие урожайность, зависели от гидротермальных условий во время роста картофеля. Наиболее эффективными были применения Chol-sSA + Ca (препарат 1). Препарат 3 (Na-Sil + Fe-EDTA) показал лучшие результаты в теплый и очень сухой год, в то время как препарат 2 (Chol-sNH 4 -Sil) был эффективен в более холодные годы с периодическим дефицитом воды.
В целом, результаты подтверждают, что внекорневая подкормка кремнием может стать новым методом повышения урожайности раннего картофеля в условиях дефицита воды.
По статье авторов (Ванда Вадас, Томаш Кондрачук), опубликованной в журнале Agriculture 2025 на портале www.mdpi.com.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.