جایگاه تغذیه ای سیلیسیم در گیاهان

سیلیسیم دومین عنصر فراوان(28درصد) پوسته زمین است. این عنصر جزء عناصر مفید برای گیاهان است. مکانیسم جذب این عنصر بسته به نوع گیاه متفاوت است، مثلاً در گندم به صورت غیر فعال و در برنج به صورت فعال جذب می شود. میزان نیاز گیاهان مختلف به سیلیسیم متفاوت است، در برنج حدود 108 درصد ازت جذب می شود. گیاه برنجی که 5 تن در هکتار دانه تولید می کند، حدود 470-230 کیلوگرم سیلیسیم عنصری را از یک هکتار زمین برحسب نوع خاک و رقم جذب می کند.

به دلالیل زیر تا به حال نقش آن مورد توجه جدی قرار نگرفته است:

فرضیه رایج مبنی بر اینکه سیلیسیم جزء عناصر ضروری مورد نیاز گیاهان نمی باشد.

تولید حداکثر(نیل به پتانسیل تولید در محصولات زراعی) مطرح نبوده.

مهمتر از همه اینکه سیلیسیم 28 درصد ترکیب پوسته زمین را تشکیل می دهد و کمبود پیش نمی آید.

اشکال مختلف سیلیسیم در خاک:

سیلیسیم در خاک به 3 صورت وجود دارد:

الف) سیلیسیم موجود در فاز جامد شامل سیلیسیمی است که در ساختمان کانی های رسی و سیلیکات های آمورف یافت می شود.

ب) سیلیسیم جذب سطحی شده.

ج) سیلیسیم موجود در محلول خاک می باشد.

این سیلیسیم به صورت اسید مونو سیلیسیک است. سیلیسیم جذب سطحی شده فوری ترین منبع تامین سیلیسیم محلول است. سیلیکات های بی شکل مهمترین منبع اولیه تامین سیلیسیم مورد نیاز می باشد. هر چند که سیلیسیم محلول از انحلال و فروپاشی سیلیکات های بی شکل و سیلیسیم موجود در کانی های رسی حاصل می شود، جذب سطحی سیلیکات از طریق تبادل لیگاندی یا نفوذ آنیونی صورت می گیرد.

رقابت آنیونهای معمول در خاک های زراعی در جذب روی سطوح به صورت زیر است:

Sio4 > PO4 > SO4 > NO3 ~ Cl

از این رابطه چنین می توان نتیجه گرفت که آنیون فسفات در حضور سیلیکات جذب نخواهد شد و سیلیکات در آزاد سازی عنصر فسفر نقش مهمی دارد.

سیلیسیم قابل استفاده گیاهان:

منظور از سیلیسیم قابل استفاده، سیلیسیم استخراج شده توسط استات سدیم با  Ph=4است. با استفاده از استات سدیم به عنوان عصاره گیر، سطح بحرانی سیلیسیم، در خاک های اسیدی ژاپن و کره جنوبی بیش از 130 و در تایوان بیش از 90میلی گرم SiO₂ در هر کیلوگرم خاک پیشنهاد شده است. البته در خاک های آهکی سیلیسیم خیلی بیشتر از مقادیر فوق است و افزودن کودهای سیلیسیمی به خاک باز هم عکس العمل گیاهان را در پی دارد. شاید به این دلیل باشد که بافر استات سدیم موجب انحلال کربنات کلسیم و آزاد شدن سیلیسیمی می شود که تحت شرایط مزرعه قابل استفاده گیاهان نمی باشد.

درخاک های آهکی عوامل موثر بر سیلیسیم قابل استفاده گیاهان عبارتند از:

درصد رس، درصد کربنات کلسیم، PH، با افزایش هرکدام از این عوامل، سیلیسیم قابل استفاده گیاه در خاک افزایش می یابد.

سیلیسیم در گیاهان:

گیاهان عالی از نظر ظرفیت آنها در جذب سیلیسیم ویژگی های گوناگون دارند. بر پایه میزان اکسید سیلیسیم موجود در آنها(که بر پایه درصد وزن خشک ساقه ارائه می شود)، می توان سه گروه عمده غلات مناطق مرطوب مانند برنج 10 تا 15 درصد و غلات مناطق خشک مانند نیشکر و گندم 1 تا 3درصد و بیشتر دو لپه ای ها، به ویژه لگوم ها کمتر از 0.5 درصد تقسیم کرد.

در بررسی 175 گونه گیاه که در یک نوع خاک رشد کرده بودند، در گروه گیاهان از هم تشخیص دادند، گروه اول گیاهان انباشته کننده سیلیسیم که میزان جذب سیلیسیم در آنها به میزانی بیشتر از جذب آب بوده و گروه دوم گیاهان غیر انباشته کننده که میزان جذب سیلیسیم در این گیاهان همانند یا کمتر از جذب آب بوده.

جابجایی سیلیسیم در گیاهان:

این جابجایی در درون آوندهای چوبی صورت می گیرد. بنابراین توزیع آن در شاخه و برگ ها و اندام های هوایی، به وسیله میزان تعرق در اندام ها تعیین می شود. بخش عمده سیلیسیم در درون آپوپلاست برجا می ماند و پس از تبخیر از بخش های انتهایی جریان تعرق به طور عمده در بخش بیرونی دیوارهای سلول های بشره، در دو سطح برگ ها به صورت سیلیکات بی شکل و یا به شکل اصطلاح اوپال فیتولیت ها ته نشست می کند. میزان جذب سیلیسیم توسط گیاه به فاکتورهای خاکی و گیاهی بستگی دارد که از فاکتورهای گیاهی، متابولیزم گیاه و تعرق تاثیرگذار هستند.

نقش سیلیسیم در گیاه:

الف) کاهش سمیت آلومینیوم: یک عنصر بسیار سمی برای انواع مختلف گیاهان است و یک عامل مهم محدود کننده رشد در خاک های اسیدی است.در آزمایشی که توسط بایلز و همکاران(1994) بر روی سویا انجام گرفت، مشاهده شدکه رشد ریشه سویا در محیط اسیدی به طور چشمگیر کاهش یافت اما با افزودن سیلیسیم به خاک سمیت آلومینیوم کاهش یافت و این موضوع به این دلیل است که سیلیسیم با آلومینیوم در محلول های  رقیق تشکیل ترکیب هیدروکسی آلومینوسیلیکات خنثی می دهدکه قابل جذب گیاه نمی باشد.

ب) کاهش سمیت آهن و منگنز:

عنصر سیلیسیم بسته به نوع گیاه به چندطریق سمیت آهن و منگنز را کاهش می دهد. در گیاهانی مثل برنج، سیلیسیم با افزایش حجم و استحکام فضای سرشار از هوا، در ریشه ها و ساقه ها و در نتیجه با افزایش جابجایی اکسیژن از شاخه ها به ریشه های غرقاب ، قدرت اکسیدکنندگی ریشه ها را افزایش می دهد و در نتیجه موجب واکنش زیر می شود:

Mn2+ à Mn4+, Fe2+ à Fe3

چون این عناصر با عدد اکسیداسیون بالاتر حلالیت کمتری دارند، لذا سبب کاهش سمیت این عناصر می گردند. بدیهی است که در خاک های شالیزاری شمال که میزان آهن و منگنز قابل استفاده بسیار بالا است، با مصرف سیلیسیم از مسمومیت این عناصر کاسته می شود. در گیاهانی مثل لوبیا و جو که تحمل بافت های آن به میزان زیاد منگنز اندک است، سیلیسیم باعث تغییر در توزیع منگنز در درون بافت برگ می شود. با نبود سیلیسیم ، توزیع منگنز غیر یکنواخت شده و به صورت موضعی و یا لکه مانند در سطح برگ انباشته شده و در نهایت مسمومیت را سبب می گردد.

ج) متحرک کردن فسفات خاک:

رقابت آنیونهای معمول در خاک های زراعی در جذب روی سطوح به صورت زیر است:

SiO4 > PO4 > SO4 > NO3 ~ Cl

به خاطر اینکه سیلیسیم با قدرت بیشتری نسبت به فسفات جذب سطحی می شود، لذا سبب آزاد سازی فسفات می شود و بدین ترتیب تحرک و قابلیت استفاده آن برای گیاهان افزایش می یابد.

تاثیر بر فتوسنتز:

سیلیسیم کافی میزان جذب نور توسط گیاه را افزایش می دهد. در صورت کشت متراکم گیاهان، مستقیم بودن برگ ها عامل مهمی است که بر جذب نور اثر دارد و نیز سیلیسیم از سایه اندازی گیاهان بر روی همدیگر جلوگیری نموده و بدین ترتیب باعث افزایش تولیدات فتوسنتزی می شود.

افزایش مقاومت گیاه به آفات، بیماری ها و ورس(خوابیدگی):

سیلیسیم در دیواره سلول های آوند چوبی ته نشین شده و از فرو ریختن آوندها در شرایط تعرق زیاد جلوگیری می کند. همچنین با استحکام ساقه، موجب کاهش ورس در گیاهان می شود. علاوه بر آن دیواره سلول های بشره به وسیله لایه ای محکم از سیلیسیم آغشته می شوند و در برابر آلودگی های قارچی، مانع فیزیکی موثری می باشد. سیلیسیم باعث افزایش مقاومت برنج نسبت به بیماری های قارچی نظیر سوختگی برگ یا سنبله، لکه قهوه ای و همچنین افزایش مقاومت به آفاتی نظیر کرم ساقه خوار و زنجرک می شود.