Krzem (łac. silex kamyk) występuje w glebie w postaci związanej w minerałach - glinokrzemianach, krzemianach sodu, wapnia, potasu oraz w postaci dwutlenku krzemu SiO2 tzw. krzemionce. Zwykły piasek to nic innego tylko zanieczyszczone ziarna kwarcu, który jest krystaliczną postacią krzemionki. Każdy kilogram gleby zależnie od pochodzenia zawiera bardzo duże ilości dwutlenku krzemu w zakresie 50-400 g (5-40%!) Minerały krzemowe są bardzo odporne na wietrzenie i trudno rozpuszczalne w wodzie, a zawarty w nich krzem jest praktycznie niedostępny dla roślin. Jedyną przyswajalną dla roślin formą jest ciekły kwas krzemowy H₄SiO₄, który w roztworze glebowym szybko łączy się w nierozpuszczalne cząstki. Tak więc ilość krzemu dostępnego jest często niewystarczająca dla roślin rosnących na glebach piaszczystych, teoretycznie zasobnych w krzem (Brogowski, 2000).

Przemiany i korzystne działanie krzemu w glebie

Uwalniany do roztworu glebowego kwas krzemowy już w małym stężeniu polimeryzuje i tworzy koloidalne żele, które łączą cząsteczki gleby tzw. mostkami krzemionkowymi poprawiając jej strukturę i zdolność do zatrzymywania wody. Na ilość kwasu krzemowego w roztworze glebowym wpływa przede wszystkim odczyn gleby, który decyduje o jego rozpuszczalności i mobilności. Dostępność Si dla roślin ogranicza wysoka zawartość w glebie materii organicznej i wapnia. Maksymalna adsorpcja kwasu krzemowego przez minerały ilaste występuje w odczynie obojętny i zasadowym o pH >7. W miarę wzrostu zakwaszenia H₄SiO₄ dysocjuje i zwiększa się jego przyswajalność dla roślin. W środowisku bardzo kwaśnym o pH <4,7 kwas krzemowy wiąże się z jonami glinu i manganu i uwstecznia się. W ten sposób krzem skutecznie łagodzi toksyczne działanie Al i Mn na korzenie roślin w glebach silnie zakwaszonych. Obecność krzemu jest szczególnie pożądana w glebach kwaśnych i zasadowych, ponieważ zwiększa pobieranie fosforu przez rośliny. Kwas krzemowy uwalnia fosfor przyswajalny do roztworu glebowego z trudno rozpuszczalnych fosforanów tworząc krzemiany glinu, żelaza i manganu.

Efekty plonotwórcze stosowania krzemu w uprawach rolniczych zależą m.in. od rozpuszczalności i przyswajalności krzemu w stosowanych produktach i wielkości dawki (fot. M.Szczerbińska)

Korzystne działanie krzemu dla roślin

Zawartość krzemu i podstawowych makroelementów jest u roślin zbliżona. Mimo to, krzem nie jest uznawany za składnik niezbędny dla roślin i zaliczany jest do pierwiastków korzystnych, pożądanych tzw. beneficial elements. Najwięcej Si gromadzą w pędach zboża (pszenica - 2,5%), burak cukrowy (2,3%), trzcina cukrowa i soja (1,5% s.m.). Absolutnym rekordzistą jest ryż (4,5% s.m). 

Kwas krzemowy pobrany przez rośliny odkładany jest w liściach i korzeniach pod skórką w postaci żelu krzemionkowego (SiO₂ x nH₂O), który w ciągu 7-12 godzin przechodzi w nierozpuszczalną warstwę kutykularno-krzemową. Im więcej krzemu pobierze roślina siłą transpiracji, tym grubsza tworzy się warstwa, która wzmacnia tkanki roślin.

Wyniki badań wskazują, że krzem korzystnie oddziałuje na wzrost, rozwój i odporność roślin w warunkach stresów biotycznych i abiotycznych:

• ogranicza wnikanie patogenów i żerowanie szkodników (naturalna bariera krzemowa),
• „usztywnia” rośliny, które są mniej podatne na wyleganie,
• łagodzi skutki stresu wodnego u roślin,
• zmniejsza transpirację naskórkową i chroni rośliny przed utratą wody.

W optymalnych warunkach wzrostu roślin korzystne działanie krzemu nie zawsze się uwidacznia.

Krzem łagodzi skutki stresu wodnego u roślin

W ostatnich latach uprawy w kraju narażone są na susze glebowe spowodowane upałami i brakiem opadów. W niektórych miejscach rośliny nie mogą pobrać wody ze względu na suszę fizjologiczną i zbyt duże stężenie soli. Deficyt wody to silny stres dla roślin, który hamuje fotosyntezę i uniemożliwia pobieranie i transport składników pokarmowych. Wskutek wysokiego ciśnienia osmotycznego w roztworze glebowym dochodzi do stopniowego odwodnienia komórek roślin. Przy długotrwałym braku wody rośliny wytwarzają nadmierną ilość reaktywnych form tlenu, które niszczą błony komórkowe (stres oksydacyjny). Krzem inicjuje gromadzenie w komórkach związków, które usuwają szkodliwe formy tlenu i utrzymują turgor roślin.

Pozytywny wpływ krzemu na rośliny ujawnia się zwłaszcza w niekorzystnych warunkach, np. susza (fot. M.Szczerbińska)

Czy nawożenie krzemem jest skuteczne?

Od lat w krajach klimatu tropikalnego krzem jest stosowany w uprawach systematycznie, doglebowo i dolistnie. Panujące w tej strefie warunki klimatyczne i glebowe różnią się jednak od europejskich. W Polsce większość stanowią gleby lekkie, piaszczyste i zakwaszone. Mimo przewagi frakcji piasku występują w nich niedobory krzemu przyswajalnego dla roślin. Od lat badania nad wpływem krzemu na plony roślin są prowadzone również w Europie i w Polsce. W doświadczeniu polowym na wapiennych czarnoziemach (pH 6,7-7,3) zastosowano nawożenie dolistnie krzemem buraka cukrowego. Aplikacja Si spowodowała wzrost plonu korzeni średnio o 14,5% i kilkunastoprocentowy wzrost plonu cukru (Artyszak i wsp. 2015). Inne badania wskazują na korzystny wpływ nawozów krzemowych na wzrost i rozwój pszenicy jarej (Kowalska i wsp. 2020). Krzem zaaplikowany dolistnie i doglebowo w różnych kombinacjach spowodował istotne zwiększenie plonów o 25-38%. W doświadczeniach własnych krzem zastosowany dolistnie w warunkach suszy glebowej ograniczył redukcję plonu pszenicy o 15% w stosunku do obiektu bez Si. Doglebowa aplikacja skuteczniej łagodziła stres - plon po zastosowaniu wyższej dawki krzemu wzrósł o 22%. Przy optymalnej wilgotności gleby krzem nie wpływał na zwiększenie plonów (Sienkiewicz-Cholewa, 2021).

     
Badania światowe dowodzą, że przy niedoborze krzemu przyswajalnego w glebie, w warunkach stresowych dla roślin, stosowanie krzemu wpływa pozytywnie na kondycję, wielkość i jakość plonów. Uzyskane efekty plonotwórcze zależą przede wszystkim od rozpuszczalności i przyswajalności krzemu z badanych produktów nawozowych i wielkości dawki. Na rynku dostępna jest Polifoska Krzem zawierająca krzem przyswajalny dla roślin dedykowana pod uprawy polowe, użytki zielone, uprawy sadownicze oraz warzywne.
  

Źródła: literatura światowa, przegląd badań krajowych i zagranicznych