CC BY
16
УДК 631.41
ВЛИЯНИЕ НЕДОСТАТКА УВЛАЖНЕНИЯ И ПОВЫШЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ СОЛИ НА КРЕМНИЕВОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ И ЦЕНТРАЛЬНОГО КИТАЯ*
Лю Чао, Бо Кси, Е.А. Бочарникова, В.В. Матыченков, Д.М. Хомяков, Е.П. Пахненко
Растворимые соединения кремния влияют на ряд физико-химических и биологических свойств почвы. Оптимизация кремниевого питания растений повышает их устойчивость к биотическим и абиотическим стрессам. Изменения агрометеорологических условий и антропогенное воздействие могут нарушать кремниевое состояние почв. На примере верхних горизонтов дерново-подзолистой, серой лесной почв под разными растительными ассоциациями, чернозема карбонатного, рисовой почвы и краснозема субтропического в лабораторных экспериментах показано, что при засухе происходит снижение содержания мономеров кремниевой кислоты на 15—36% на фоне увеличения содержания полимерных форм на 9—45%. Распашка и введение в севооборот приводит к уменьшению содержания доступного для растений кремния. Повышенные концентрации хлорида натрия способствуют увеличению мономеров и полимеров кремниевой кислоты в почве на 6—79%. Выявлено подвижное равновесие и лабильность численных значений показателей кремниевого состояния системы почва—растение. Учет этих факторов должен осуществляться при реализации 4R-СТРАТЕГИИ оптимизации минерального питания сельскохозяйственных культур.
Ключевые слова: мономеры и полимеры кремниевой кислоты, аридизация климата, засоление.
Введение
Аридизация, или опустынивание, территорий — одно из основных негативных последствий современных климатических изменений [10]. В регионах, где производится различная сельскохозяйственная продукция, периодически возникает несоответствие между потребностями растений во влаге и ее поступлением из почвы. Атмосферная засуха обычно предшествует почвенной, сопровождается суховеями, а иногда и пыльными бурями.
В периоды потепления климата всегда растет амплитуда и частота отклонения параметров гидротермического режима от средних многолетних значений. Наиболее значимое их негативное воздействие на природную среду — интенсификация аридизации в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения, а также деградации почв и агро-ландшафтов. Изменения накапливаются и снижают устойчивость агроэкосистем регионального уровня, возможность их стабильного функционирования в условиях любых изменений. Нехватка продовольствия остается одной из главных потенциальных опасностей. Ее может обострить внезапный неурожай или природная катастрофа. По нашим расчетам, масштабы голода на планете в прошлом году увеличились впервые за десятилетие. В насто-
ящее время до 850 млн человек в мире голодают или недоедают, это 11% населения планеты.
Россия по темпам потепления за последние 40 лет в 2,5 раза опережает средний мировой показатель. С 1955 г. по настоящее время выделены 27 лет из 62, когда сильные засухи охватывали основные зернопроизводящие регионы России (последняя масштабная — 2010 г.). Большой урожай зерновых в 2017 г. получен благодаря сложившимся погодным условиям на фоне тренда потепления климата. Вклад минеральных удобрений — минимальный: пока эксплуатируется накопленный потенциал почвенного плодородия.
В этих гидрометеорологических условиях, характеризующихся ростом засушливости, при наблюдаемых уже сейчас смещениях границ природных зон на 100—150 км к северу в ближайшем будущем серьезно возрастет значимость достаточно обеспеченных влагой таежной и лесной зон европейской части России. Вклад Нечерноземной зоны в реализацию положений доктрины продовольственной безопасности с годами будет постоянно увеличиваться. Оценка кафедры агроинформати-ки факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова показала, что в ней к 2030 г. может производиться до 25—30% всего зерна, 35—45 — мяса,
* Работа выполнена при поддержке China Central Guide the Development of Local Science and Technology Special Fundation (2017XF5042); International Science and Technology Cooperation Program of China Special Project (2015DFR91000) и Science and Technology Program of Changsha City (kq1706153).
40—50 — молока, 45—55 — овощей, 60 — картофеля, до 98% льноволокна.
Определение трансформации свойств почв в условиях изменения климата важно для создания адаптационных моделей развития сельского хозяйства при реализации 4R-СТРАТЕГИИ [16] применения удобрений и оптимизации минерального питания сельскохозяйственных культур.
Кремний и его соединения играют важную роль в формировании почвенного плодородия и обеспечении питания растений. Соединения этого элемента в почве представлены диоксидом кремния и различными алюмосиликатами, слагающими ее минеральный скелет и структуру [3]. Помимо соединений кремния в твердых фазах, в почвенном растворе постоянно присутствуют его растворимые формы — мономеры и полимеры кремниевой кислоты, кремнийорганические соединения, обладающие высокой химической и биологической активностью [4, 8].
Участие кремния в росте и развитии растений связано с повышением их устойчивости к различным стрессам биотической и абиотической природы [12]. Механизмы следующие: прямое воздействие на подвижность и транспорт ряда элементов, включая прочную фиксацию или осаждение тяжелых металлов и металлоидов в почвенном растворе или апопласте растений [9]; увеличение подвижности и усвояемости растениями макро- и микроэлементов питания [7]; повышение устойчивости молекул ДНК и различных органелл (митохондрии, молекулы хлорофилла); усиление прочности эпи-дермального слоя растений и стимуляция эффективной деятельности межклеточных мембран [11]. Гипотетически поликремниевые кислоты, аккумулируясь во внутриклеточном пространстве растений, могут принимать участие в синтезе специфических и неспецифических белков и ферментов защиты [11].
Дополнительное кремниевое питание существенно увеличивает устойчивость растений к дефициту влаги и наличию №С1 в почве и поливной воде [6]. Усиление засухоустойчивости растений при оптимизации кремниевого питания происходит за счет: а) увеличения объема и массы корней; б) уменьшения диаметра дыхательных устьиц листьев, что приводит к снижению испарения воды; в) изменения положения листовых пластин, что также снижает испарение влаги; г) запаса влаги в клетках растений в виде гелей кремниевой кислоты [6, 12]. Механизмы усиления солеустойчивости растений под действием соединений кремния изучены не достаточно. Оптимизация кремниевого питания снижает разрушительное действие №С1 на внутриклеточные органы растительной клетки, а также резко уменьшает апопластический и симпластический транспорт натрия из корней в листья, изменяя пропускную способность мембранных белков [15].
Дефицит кремниевого питания снижает сопротивляемость к стересс-воздействиям и продуктивность культивируемых и дикорастущих растений [11].
Помимо общего содержания кремния в почве, важно знать содержание его растворимых форм, а именно мономеров и полимеров кремниевой кислоты [2]. При растворении кремнийсодержащих минералов или аморфного кремнезема образуются только ее мономеры. Часть их в присутствии тонкодисперсной твердой фазы может образовывать полимерные формы [8]. Полимеризация кремниевой кислоты происходит в диффузионном слое почвенного раствора, где концентрация мономеров в несколько раз превышает среднюю концентрацию в равновесном растворе [11]. Равновесие между моно- и поликремниевыми кислотами в почвенном растворе достигается в течение двух-трех недель после увлажнения сухой почвы [14]. Присутствие данных форм кремния в водной вытяжке из сырой почвы характеризует актуальное содержание растворимого кремния [1].
Скорость растворения кремнийсодержащих минералов довольно значительна при условии постоянного удаления монокремниевой кислоты из системы (в результате поглощения растениями и почвенными микроорганизмами). С точки зрения обеспеченности кремниевого питания важно знать потенциальное количество кремния, которое может быть растворено в процессе онтогенеза растений. Данный параметр лучше характеризуется концентрацией кремниевой кислоты в почвенной 0,1 н. HCl вытяжке [1, 2]. Кремниевое состояние почв может быть оценено совокупностью параметров актуального и потенциального кремния.
Аридизация климата приводит к смене водного режима почв, повышается риск их засоления. Изменяются свойства почв, включая кремниевое состояние. Механизмы воздействия внешних неблагоприятных факторов (засуха, повышение содержания соли в верхних почвенных горизонтах) на растворимые соединения кремния в почве изучены крайне не достаточно. Учитывая рассмотренную выше роль кремния, важно спрогнозировать изменения содержания его растворимых форм в почве при изменении гидротермических условий.
Цель наших исследований — изучение влияния засухи и избыточного засоления на кремниевое состояние дерново-подзолистой, серой лесной почв, чернозема выщелоченного, тропического краснозема и рисовой почвы в модельных экспериментах.
Объекты и методы исследования
Лабораторные исследования проводили с использованием образцов из гумусовых горизонтов следующих почв: дерново-подзолистой среднесуг-линистой на покровном суглинке (АБС «Чаш-никово», Московская обл.), гор. А; серой лесной
Таблица 1
Некоторые химические свойства гумусовых горизонтов почв
Почва рНвод Сорг, % Подвижные формы, мг/100 г почвы Емкость катионного обмена, сто1(+)/кг
Р2О5 К2О
Дерново-подзолистая 5,2 0,92 12,4 37,4 12,5
Сераялесная, лес 6,2 1,94 17,4 20,8 15,8
Сераялесная, луг 5,8 2,04 18,3 22,4 17,5
Сераялесная, пашня 6,2 1,56 17,3 25,9 10,3
Чернозем карбонатный целинный 8,6 6,66 17,0 30,5 55,8
Чернозем карбонатный пахотный 8,1 6,12 12,8 24,7 43,8
Рисовая 5,9 4,2 45,6 55,4 14,5
Краснозем субтропический 5,4 0,82 10,4 9,7 9,6
из-под трех различных экосистем (целинная под березово-осиновым лесом, 20-летний разнотравный луг, 50—60-летняя старопахотная). Участки отбора этих образцов расположены в 3-х км к западу от г. Пущино Московской обл. на III террасе Оки (гор.А1 суглинистого состава); чернозема карбонатного целинного и пахотного (гор. А суглинистого состава) из Ульяновской обл., 10 км на юг от с. Радищево.
На территории Китая (провинции Хунань) отобраны образцы гумусовых горизонтов двух типов почв: с севера провинции в районе оз. Дотинху, с территории фермерского рисового хозяйства, определенная как рисовая тяжелосуглинистая на аллювиальных суглинках, и краснозем субтропический тяжелосуглинистый с территории холмистого плато бамбукового леса в 40 км на юг от г.Чанша. Основные характеристики почв представлены в табл. 1.
Перед проведением лабораторных исследований образцы почв высушивали при температуре 65° в течение 24 ч, просеивали через сито с ячейками 2 мм, выбирали корешки и крупные камни. Средние образцы почв инкубировали в следующих условиях: нормальное увлажнение — влажность 20%; недостаточное увлажнение — влажность 10%; повышенное содержание соли — добавление 50 г NaCl на килограмм сухой почвы и влажность 20%; высокое содержание соли — добавление 100 г NaCl на килограмм сухой почвы и влажность 20%. Во всех вариантах влажность поддерживалась путем добавления дистиллированной воды.
Почвы инкубировали в пластиковых сосудах с ежедневным перемешиванием и определением влажности; повторность трехкратная. Температуру поддерживали в диапазоне 20—24°, влажность воздуха — 30—35%. После четырехнедельной инкубации определяли содержание моно- и поликремниевых кислот в водной вытяжке из свежего почвенного образца и кремния, растворимого в 0,1 н. HCl в образцах после высушивания.
Водная вытяжка из свежей почвы. Шесть граммов почвы с предварительно определенной влажностью помещали в сосуд объемом 100 мл, добавляли 30 мл дистиллированной воды, встряхивали на ротаторе в течение часа. Полученную суспензию центрифугировали (15 мин при 15 тыс. об/мин) и чистый раствор разделяли на две части. В первой сразу определяли содержание монокремниевой кислоты фотометрическим методом с использованием молибденовокислого аммония [13], во вторую (20 мл) добавляли 1 г NaOH и инкубировали в течение двух недель в холодильнике при температуре 4°. Под воздействием щелочи высокомолекулярные поликремниевые кислоты переходят в мономерные формы, количество которых затем определяли указанным выше методом. Разность результатов двух определений кремния (в первой и второй частях вытяжки) дает искомое содержание поликремниевой кислоты.
Кислая вытяжка. Два грамма высушенной при 65° в течение 24 ч и просеянной через сито с ячейками 0,5 мм почвы помещали в сосуд объемом 50 мл, добавляли 20 мл 0,1 н. HCl и встряхивали на ротаторе в течение часа. В растворе, полученном после центрифугирования суспензии (15 мин при 15 тыс. об/мин), определяли содержание монокремниевой кислоты с использованием молиб-деновокислого аммония [13].
Отбор образцов и анализы проводили в трехкратной повторности. Для расчетов наименьшей существенной разницы при 5%-м уровне использовали программу Excel 2010.
Результаты и их обсуждение
Наиболее высокое содержание монокремниевой кислоты обнаружено в черноземе (30,8 и 28,8 мг/кг в верхнем горизонте целинной и пахотной почв соответственно) (табл. 2). Полученные результаты свидетельствуют, что эксплуатация се-
Таблица 2
Содержание растворимых форм кремния, мг/кг
Показатель Монокремниевая кислота, мг Si/кг Поликремневые кислоты, мг Si /кг Кислоторастворимый Si, мг/кг
Дерново-подзолистая почва
Контроль (влажность 20%) 8,8 ± 0,4 8,4 ± 0,4 247 ± 15
Влажность 10% 6,2 ±0,4 10,3 ± 0,4 254 ± 20
№С1, 50 г/кг 9,6 ± 0,4 12,4 ±0,5 249 ± 23
№С1, 100 г/кг 12,7 ±0,7 14,4 ± 0,6 255 ± 24
Серая лесная почва, лес
Контроль (влажность 20%) 16,5 ± 0,5 4,8 ± 0,2 348 ± 32
Влажность 10% 10,5 ± 0,5 8,5 ± 0,2 354 ± 30
№С1, 50 г/кг 18,5 ± 0,6 7,5 ±0,3 365 ± 30
№С1, 100 г/кг 20,4 ± 0,6 8,6 ± 0,2 366 ± 38
Серая лесная почва, луг
Контроль (влажность 20%) 18,5 ± 0,5 16,5 ± 0,2 580 ± 45
Влажность 10% 15,4 ±0,4 20,5 ± 0,2 584 ± 40
№С1, 50 г/кг 20,5 ± 0,5 21,4 ±0,3 579 ± 40
№С1, 100 г/кг 20,8 ±0,6 22,6 ± 0,3 584 ± 35
Серая лесная почва, пашня
Контроль (влажность 20%) 6,8 ± 0,4 18,6 ± 0,8 500 ± 35
Влажность 10% 4,4 ± 0,4 20,2 ± 0,5 503 ± 42
№С1, 50 г/кг 9,4 ±0,5 24,2 ±0,8 496 ± 30
№С1, 100 г/кг 9,8 ± 0,6 25,8 ± 0,8 506 ± 45
Чернозем карбонатный целинный
Контроль (влажность 20%) 30,8 ± 0,3 12,3 ± 0,5 458 ± 30
Влажность 10% 20,5 ± 0,3 15,4 ± 0,6 469 ± 32
№С1, 50 г/кг 34,7 ± 0,4 16,8 ±0,6 459 ± 25
№С1, 100 г/кг 37,9 ± 0,4 15,7 ± 0,5 465 ± 28
Чернозем карбонатный, пашня
Контроль (влажность 20%) 28,6 ± 0,4 18,5 ± 0,3 387 ± 30
Влажность 10% 24,3 ± 0,6 22,3 ± 0,5 396 ± 40
№С1, 50 г/кг 38,2 ±0,7 18,6 ±0,6 395 ± 35
№С1, 100 г/кг 46,5 ± 0,8 26,3 ± 0,7 397 ± 34
Рисовая почва
Контроль (влажность 20%) 7,4 ±0,2 10,3 ± 0,4 106 ± 9
Влажность 10% 4,6 ± 0,2 13,5 ± 0,3 110 ± 10
№С1, 50 г/кг 8,5 ± 0,3 14,8 ±0,5 125 ± 10
№С1, 100 г/кг 9,6 ± 0,3 15,3 ± 0,5 128 ± 8
Краснозем субтропический
Контроль (влажность 20%) 8,5 ± 0,4 15,6 ± 0,4 135 ± 11
Влажность 10% 5,4 ±0,3 19,4 ± 0,4 138 ± 10
№С1, 50 г/кг 9,8 ± 0,3 18,4 ±0,5 139 ±8
№С1, 100 г/кг 10,4 ±0,2 20,4 ± 0,5 136 ± 8
рой лесной почвы в сельском хозяйстве привела к резкому (в 2,4 раза) уменьшению количества монокремниевой кислоты и повышению (в 3,8 раза) ее полимерных форм. Одновременно увеличилось содержание кислоторастворимого кремния. Использование чернозема под пашню также привело к повышению содержания поликремниевых кислот в пахотном горизонте, однако таковое кисло-торастворимого кремния существенно снизилось. Такое различие направленности изменения кислоторастворимого кремния можно объяснить как длительностью использования почв в сельском хозяйстве (серая лесная почва — 50—60, чернозем — более 100 лет), так и различиями в климате.
Вывод пахотной серой лесной почвы из севооборота и выращивание на ней луговых трав привело к восстановлению кремниевого состояния почвы. Более подробно об этом процессе изложено в нашей предыдущей публикации [5]. Другие исследуемые почвы — дерново-подзолистая, рисовая и краснозем субтропический — имели низкое содержание растворимых форм кремния в верхнем горизонте. Согласно предложенной нами классификации по дефициту доступного для растений кремния, данные почвы характеризовались высоким уровнем дефицита активного кремния [1].
Условия недостаточного увлажнения привели к существенному снижению содержания монокремниевой кислоты и повышению поликремниевых кислот во всех исследуемых почвах. Наиболее отчетливо это прослеживается в субтропических почвах. Изменения содержания кислоторастворимых форм кремния — статистически не значимы.
Таким образом, снижение содержания влаги в почве приводит к существенному уменьшению содержания доступных форм кремния, что в свою очередь может снизить устойчивость растений к недостатку влаги. В деградированных (пахотных) почвах этот процесс протекает более интенсивно, что позволяет предположить, что аридизация регионов с этими почвами может привести к усилению негативных процессов.
Добавление соли в почвенные образцы вызвало увеличение содержания обеих форм растворимого кремния, наиболее значительно — при внесении 100 г/кг №0. Наибольшее увеличение количества монокремниевой кислоты в процентах наблюдалось в образцах обеих пахотных почв: с 6,8 до 9,8 мг Si /кг — на 44% и с 28,6 до 46,5 мг Si/кг — на 63% в серой лесной почве и черноземе соответственно. Повышение содержания соли в дерново-подзолистой и серой лесной почвах под лесом привели к максимальному относительному накоплению полимеров кремниевой кислоты — на 71 и 79% соответственно. Инкубация почвенных образцов с солью содержание кислоторастворимого кремния не увеличивала.
Изменения в кремниевом состоянии почв обусловлены повышением ионной силы почвенного раствора, что приводит к усилению растворения кремнийсодержащих минералов и дополнительному образованию мономеров кремниевой кислоты, а затем и формированию ее полимеров. Таким образом, можно предположить, что засоление почв при сохранении их влажности может привести к увеличению содержания доступного для растений кремния, что в свою очередь будет способствовать усилению устойчивости растений к неблагоприятным факторам, включая повышенную концентрацию соли.
Имеющаяся информация позволяет установить ряд закономерностей. В почвенной матрице существует определенное равновесие между мономерами и полимерами кремниевой кислоты. Изменения климата или антропогенные воздействия могут нарушить данное равновесие. Аридизация климата может привести к ухудшению кремниевого состояния почв, выражающемуся в уменьшении содержания доступного для растений кремния. Аналогичный процесс происходит при вовлечении почв в сельскохозяйственную деятельность. Деградированные почвы в большей степени подвержены изменениям кремниевого состояния. Повышение концентрации соли в почве приводит к усилению растворения кремнийсодержащих минералов и увеличению доступного для растений кремния, что, как можно предположить, будет способствовать повышению устойчивости культивируемых растений к усилившемуся стресс-фактору. Существующая современная методология применения удобрений и адаптивного управления минеральным питанием сельскохозяйственный культур, так называемая 4R-СТРАТЕГИЯ [16], в качестве индикатора содержит показатель устойчивости к различным погодным условиям и вредителям. В ней нет описания кремния как необходимого элемента минерального питания растений, она не учитывает его протекторные свойства и не предусматривает контроль баланса этого элемента в агроэкосистемах. Наши исследования показывают, что 4R-СТРАТЕГИЯ обязательно и оперативно должна быть дополнена этими информационными модулями.
Нами выявлены и установлены параметры лабильности показателей кремниевого состояния системы почва—растение под влиянием гидротермических и антропогенных факторов. Необходимо дальнейшее изучение кремниевого состояния почв сельскохозяйственных земель, особенно пахотных, и природных экосистем в условиях изменения окружающей среды и климата.
Выводы
• Изучение верхних горизонтов дерново-подзолистой, серой лесной почв под разными рас-
тительными ассоциациями, чернозема карбонатного, рисовой почвы и краснозема субтропического в лабораторных экспериментах показало, что при засухе происходит снижение содержания мономеров кремниевой кислоты на 15—36% на фоне увеличения содержания полимерных форм на 9—45%.
• Вовлечение почв в севооборот приводит к уменьшению содержания доступного для растений кремния.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Матыченков В.В. Градация почв по дефициту доступного растениям кремния //Агрохимия. 2007. № 7.
2. Матыченков В.В., Аммосова Я.М., Бочарнико-ва E.A. Метод определения доступного для растений кремния в почвах // Агрохимия. 1997. № 1.
3. Олиер К. Выветривание. М., 1990.
4. Banerjee A.K., Laya Mimo M.S., Vera Vegas W.J. Silica gel in organic synthesis // Rus. Chem. Rev. 2001. Vol.70.
5. Bocharnikova E.A., Matichenkov V.V. Influence of plant association on the silicon cycle in the soil-plant system // Appl. ecol. environ. res. 2012. Vol. 10, N 4.
6. Coskun D, Britto D.T., Huynh W.Q., Kronzucker H.J. The role of silicon in higher plants under salinity and drought stress // Front. in plant sci. 2016. Vol. 7.
7. Hernandez-Apaolaza L. Can silicon partially alleviate micronutrient deficiency in plants? A review // Planta. 2014. Vol.240, N 3.
8. IlerR.K. The Chemistry of Silica. N.Y., 1979.
9. Ji X., Liu S, Juan H. et al. Effect of silicon fertilizers on cadmium in rice (Oryza sativa) tissue at tillering stage // Environ. Sci. Pollut. Res. 2017. Vol. 24, N 11. DOI 10.1007/s11356-017-8730-1.
10. Kulikov A.I., Tsydypov B.Z., Sodnomov B.V. et al. Land Aridization in the Context of Global Warming —
• Повышенные концентрации хлорида натрия способствуют увеличению мономеров и полимеров кремниевой кислоты в почве на 6—79%.
• Выявлено подвижное равновесие и лабильность численных значений показателей кремниевого состояния системы почва—растение.
Эти факторы должны учитываться при реализации 4Я-СГРАТЕГИИ оптимизации минерального питания сельскохозяйственных культур и повышения стабильности их урожая.
a Case Study of Transbaikalia // J. Res. and Ecol. 2017. Vol. 8, N 2.
11. Matichenkov V.V., Fomina I.R., Biel K.J. Silicon and its protective role in living organisms // Complex biological systems: adaptation and tolerance to extreme environments / Eds. R.G. Khlebopros, K.Y. Biel. Pushchino; Krasnoyarsk, 2014.
12. Meharg C, Meharg A.A. Silicon, the silver bullet for mitigating biotic and abiotic stress, and improving grain quality, in rice?//Environ. Experiment. Bot. 2015.Vol. 120. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2015.07.001.
13. Mullin J.B., Riley J.P. The colorimetric determination of silicate with special reference to sea and natural waters // Analyt. Chim. Acta. 1955. Vol. 12.
14. Nonaka K, Takahashi K. A method of measuring available silicates in paddy soils // Japan Agric. Res. Q. 1988. Vol.22.
15. Rizwan M., Ali S., Ibrahim M. et al. Mechanisms of silicon-mediated alleviation of drought and salt stress in plants: a review // Environ. Sci. Pollut. Res. 2015. Vol. 22, N 20.
16. 4R-СТРАТЕГИЯ. Практическое руководство по применению удобрений и оптимизации питания растений. М., 2017.
Поступила в редакцию 28.09.2017
EFFECT OF MOISTURE DEFICIENCY
AND INCREASED SALT ON SILICON STATUS OF SOME SOILS
OF EUROPEAN PART OF RUSSIA AND CENTRAL CHINA
Liu Yuqiao, Bo Xu, E.A. Bocharnikova, V.V. Matichenkov,
D.M. Khomiakov, E.P. Pakhnenko
Soluble forms of silicon affect a number of physical, chemical and biological soil properties and optimization of silicon nutrition enhances plant tolerance to biotic and abiotic stresses. Current climate change and anthropogenic impacts can alter the soil silicon status. Model laboratory experiments conducted with upper horizons of sod-podzolic soil, gray forest soils under different plant associations, chernozem, paddy soil, and red subtropical soil have shown that insufficient soil moistening led to reductions in the soil monosilicic acid by 15 to 36% and simultaneous increases in polysilicic acid by 9 to 45%. Soil cultivation resulted in decreasing the plant-available soil silicon. Whereas, an increase in the soil salt concentration caused increasing both monomers and polymers of silicic acid by 6 to 79%. The mobile equilibrium and lability of the numerical values of the parameters of the silicon state of the soil-plant system are revealed. These factors should be taken into account when implementing the 4R-STRATEGY for the optimization of mineral nutrition in agricultural crops.
Key words: monosilicic acid, polysilicic acid, climatic aridization, salinity.
Сведения об авторах
Лю Чао, зам. директора Ин-та экономической географии провинции Хунань. E-mail: [email protected]. Бо Кси, науч. сотр. Ин-та экономической географии провинции Хунань. E-mail: [email protected]. Бочарникова Елена Афанасьевна, канд. биол. наук, сотр. лаборатории физикохимии почв Ин-та физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН. E-mail: [email protected]. Матыченков Владимир Викторович, докт. биол. наук, сотр. группы экологии и физиологии фототрофных организмов Ин-та фундаментальных проблем биологии РАН. E-mail: [email protected]. Хомяков Дмитрий Михайлович, докт. тех. наук, профессор, ведущ. науч. сотр. Аграрного центра МГУ, зав. каф. агроинформатики ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: [email protected]. Пахненко Екатерина Петровна, докт. биол. наук, профессор каф. агроинформатики ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: [email protected].
