Роль подвижных соединений кремния в растениях и системе почва-растение

Матыченков, Владимир Викторович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Роль подвижных соединений кремния в растениях и системе почва-растение
ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Роль подвижных соединений кремния в растениях и системе почва-растение"

На правах рукописи

МАТЫЧЕНКОВ ВЛАДИМИР ВИКТОРОВИЧ

РОЛЬ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ КРЕМНИЯ В РАСТЕНИЯХ И СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ

03 00.12 - физиология и биохимия растений 03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

О 5 ДЕК 2008

Пущино 2008

003454272

Работа выполнена в Институте фундаментальных проблем биологии Российской академии наук

Научные консультанты:

доктор биологических наук Биль Карл Яковлевич

доктор биологических наук, профессор Ерохин Юрий Евдокимович

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Музафаров Евгений Назибович доктор биологических наук Приходько Валентина Евгеньевна доктор биологических наук, профессор Пахменко Екатерина Петровна

Ведущая организация:

Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А.Тимирязева

Защита состоится «24» декабря 2008 г. в _ час на заседании

диссертационного совета Д 002 066.01 при Институте фундаментальных проблем биологии РАН по адресу: 142290, г. Пущино Московской области, ул Институтская, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института фундаментальных проблем биологии РАН.

Автореферат разослан «_»_2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук

Назарова Г.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Понимание процессов, происходящих в живых организмах, их сообществах и биосфере в целом, необходимо для эффективного управления природными ресурсами и предотвращения экологических катастроф. Особую значимость при этом имеют элементы, выполняющие важные функции в фотосиитезирующих организмах и почвенно-растительных ассоциациях. Кремний является вторым по распространенности (после кислорода) элементом земной коры, но тем не менее он один из наименее изученных макроэлементов в растениях и системе почва-растение. Содержание кремния в разных растениях колеблется в пределах 0,3-10% от сухой массы, а круговорот данного макроэлемента организмами в биосфере по объему массопереноса уступает только углероду, кислороду и водороду. Невзирая на то, что кремний поглощается растениями и почвенными микроорганизмами в количествах, часто превышающих величину поглощения азота, фосфора, калия и кальция, количество исследований, посвященных его роли в почвено-растительных ассоциациях, крайне низко; сведения об участии кремния в физико-химических и биологических процессах фототрофных организмов относятся, главным образом, к диатомовым водорослям. К настоящему времени становится очевидным несоответствие между значимостью кремния в природе и объемом имеющихся о его функциях знаний. Многие теоретические и практические вопросы, кхающисся полифункциональной роли кремния в растениях и почвах, остаются практически не изученными.

Цель и задачи исследования. Основной целью исследований явилось определение форм соединений кремния в природе и их функций в растениях и системе почва-растение. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.

• Разработать высокоинформативные и простые в исполнении методы определения растворимых форм кремния в растениях, грунтах, почвах и природных водах.

• Выявить базовые закономерности образования, миграции, трансформации и взаимодействия основных форм растворимых соединений кремния в растениях и системе почва-растение.

• Изучить растворимые формы кремния и их локализацию в растениях.

• Выяснить основные механизмы стрессоустойчивости растений, обусловленные подвижными соединениями кремния.

• Определить влияние растворимых форм кремния на соединения фосфора и тяжелых металлов.

• Систематизировать природные закономерности биогеохимического круговорота основных растворимых форм кремния в растительных ассоциациях различных климатических зон и выявить роль антропогенного фактора в перераспределении и трансформации растворимых форм кремния в системе почва-растение.

Основные положения, выносимые на защиту

• Растения поглощают кремниевые соединения через корневую систему и листовые пластины, накапливая его преимущественно в виде водорастворимых моно- и поликремниевых кислот. Основной функцией кремния в растениях является обеспечение защиты организма от биогенных и абиогенных стрессов.

• Растения способны к перераспределению кремния внутри организма и обладают механизмом, обеспечивающим его целенаправленное концентрирование в органах и/или тканях, подверженных стрессу.

• Основной поток кремния в наземных системах осуществляется через поглощение растениями монокремниевой кислоты с последующей ее трансформацией в поликремниевые кислоты и аморфный кремнезем.

• Этот поток формирует циклы кремния в системе почва-растение двух типов: аккумулятивный и элювиальный.

• Основными подвижными соединениями кремния в системе почва-растение являются монокремниевая кислота и высокомолекулярные поликремниевые кислоты. Их содержание в почве зависит от многих факторов, среди которых определяющим для монокремниевой кислоты в верхнем почвенном горизонте служит баланс кремния в растительной ассоциации, а для поликремниевых кислот - состав и состояние твердых фаз почвы.

• Изменение содержания монокремниевой кислоты в почве влияет на активность почвенной биоты, устойчивость и направленность эволюции растительных ассоциаций.

Научная новизна работы. В диссертации впервые приведены экспериментальные данные, свидетельствующие о наличии механизма активного поглощения и направленного перераспределения кремния внутри растения, что обеспечивает его высокие концентрации в органах и тканях, подверженных стрессу любой природы. Выдвинута и на примере растений частично подтверждена гипотеза о наличии у живых систем универсального вспомогательного механизма стресс-защиты с участием матрицы поликремниевых кислот. Определены параметры, характеризующие кремниевый цикл в различных экосистемах. В зависимости от величины биогенного накопления кремния в почве, его физического, химического и биологического выноса из почвы предложено выделять аккумулятивный и элювиальный циклы кремния. Вычислены базовые параметры биогеохимических циклов кремния в различных экосистемах планеты. Сформулирована гипотеза о формировании равновесия между моно- и поликремниевыми кислотами в водных системах посредством образования нестойких олигомеров кремниевой кислоты. Определены и обобщены основные механизмы взаимодействия кремниевых соединений с фосфором и металлами в системе почва-растение. Разработаны эффективные и простые в применении методы анализа подвижных форм кремния в растениях, грунтах, почвах и природных водах. Предложенные методические приемы позволяют получать принципиально новую информацию о содержании растворимых форм кремниевых соединений в природных образцах.

токсичности промышленных отходов и сельскохозяйственных препаратов с высоким содержанием тяжелых металлов. Экспериментально показано, что при помощи активных форм кремния можно контролировать подвижность тяжелых металлов и фосфора в грунтах, почвах, промышленных и сельскохозяйственных отходах.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на следующих российских и международных конференциях и симпозиумах в качестве устных и стендовых докладов: 8-ой и 10-ой конференциях молодых ученых МГУ (Москва, 1988; 1989), 8-ом Всесоюзном конгрессе почвоведов (Новосибирск, 1989), 9-ом Международном симпозиуме по биогеохимии окружающей среды (Москва, 1989), УП Всесоюзной конференции по химии, технологии производства и практического применения кремнийорганических соединений (Тбилиси, 1990), Международном симпозиуме «Корообразование почвенного покрова» (США, Афины, 1990), XIII конгрессе ШЦУА (Китай, Пекин, 1991), Международном симпозиуме по бимеохимии окружающей среды (Испания, Саламанка, 1993), Международной конференции «Устойчивое развитие: точка зрения неиндустриальных стран» (Коста-Рика, Сан Хосе, 1994), XVI Всемирном почвенном конгрессе (Мексика, Акапулько, 1994), Всемирном симпозиуме «Загрязнение больших городов» (Италия, Венеция/Падова, 1995), Международном симпозиуме «Почвы тропических лесов» (Индонезия, 1995), 5-ом симпозиуме Международного общества по исследованию корней растений (США, Клемсон, 1996), 4-ой Международной конференции «Регуляторы роста и развития растений» (Москва, 1997), Международной конференции «Проблемы антропогенного почвоведения» (Москва, 1997), 31-ой Средне-атлантической конференции по индустриальным и опасным отходам (США, Атлантик-сити, 1999), ежегодных совещаниях Американской ассоциации агрохимиков и Американской ассоциации почвоведов (США, Солт-Лейк-Сити, 1999; США, Миннеаполис, 2000), ежегодных совещаниях общества садоводов Флориды (США, Гейнцвилл, 1999; США, Форт Пирс, 2002), Международной конференции «Кремний в сельском хозяйстве» (США, Форт Лаудердейл, 1999), ежегодном совещании Американской ассоциации агрохимиков и Американской ассоциации почвоведов (США, Миннеаполис, 2000), ежегодном совещании Ассоциации агрохимиков и почвоведов Флориды, (США, СантЛюси, 2000), 7-ой международной конференции «Болотные системы и контроль за загрязнением воды» (США, Лейк Буэна Виста, 2000), ежегодных совещаниях Американского общества производителей сахарного тростника (США, Санкт Петербург, 2000; США, Батон Руж, 2001; 2002), Международном симпозиуме «Функции почвы в системе геосфера-биосфера» (Москва, 2001), 2-ой конференции «51 в сельском хозяйстве» (Япония, Тсуруока, 2002), У-ом и VI Международных симпозиумах «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Россия, Пущино, 2003; 2005), Международных конференциях «Вода Ближнего Востока 2003» (Бахрейн, 2003) и «Вода Ближнего Востока 2004» (Бахрейн, 2004), 13-ой Международной конференции по охране почв (Австралия, Брисбан, 2004), Международной конференции по управлению расходом поливной воды (Иордания, Мертвое море, 2004), конференции «Устойчивое использование земли» (США, Лейк Буена Виста, 2004), 5-ой Международной конференции «Интродукция нетрадиционных и редких растений» (Ростов-на-Дону, 2004), Международной конференции «Агро-окружающая среда 2004», (Италия, Удине, 2004), 8-ом и 9-ом Речных

симпозиумах (Австралия, Брисбан, 2005; 2006), 2-ой Международной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2007), Международной конференции по химической технологии (Москва, 2007), 2-ой национальной конференции «Проблемы истории, методологии и философии почвоведения» (Пущино, 2007), 4-ой Всероссийской научной конференции «Гуминовые вещества в биосфере» (Москва, 2007).

Отдельные материалы диссертации докладывались и обсуждались на 49 международных семинарах: 10 - в России, 5 - в Австралии, 14 - в США, 5 - в Чили, 3 - в Объединенных Арабских Эмиратах, 3 - в Испании, 2 - в Иордании, 1 - в Великобритании, 1 - в Эквадоре, 1 - в Канаде, 1 - в Италии, 2 - в Норвегии, 1 - в Доминиканской республике; в том числе в таких организациях, как Смитсонивский институт (США, 2000 и 2001), Ротамстедский сельскохозяйственный центр (Великобритания, 1998), Международная организация по продуктам питания и сельскому хозяйству при Организации Объединенных Наций (Италия, 1998), Международный центр по биозасолению (Объединенные Арабские Эмираты, 2005). В августе 2004 г. автор был организатором Международной конференции «Кремний в продуктах питания, сельском хозяйстве и окружающей среде» в г. Пущино, Россия.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано в российских и международных изданиях 105 работ, 1 препринт; получено 2 патента.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 284 страницах (без списка цитируемой литературы), иллюстрирована 55 рисунками, 99 таблицами, 3 фотографиями и включает приложение. В список цитируемой литературы включено 466 работ (из них 251 на иностранных языках). Диссертация состоит из обзора литературы, материалов и методов, полученных результатов, заключения и выводов.

Содержание работы. Основное содержание диссертационной работы изложено в 8 главах и общем заключении. В литературном введении в краткой форме дана характеристика кремниевых соединений и история развития исследований в области влияния кремния на растения. В главе «Материалы и методы исследований» стандартные методики описаны кратко со ссылками на соответствующую литературу; подробно разбираются только разработанные автором методические приемы и их преимущества по сравнению с существующими. В разделе «Результаты исследований» последовательно рассматриваются взаимосвязь кремния с тяжелыми металлами, локализация кремния в растениях, его взаимоотношение с фосфором, баланс кремния в наземных системах, цикл кремния в системе почва-растение, подробно описаны характеристики почв с аккумулятивным и элювиальным типами кремниевого цикла. Далее представлены схемы круговорота кремния в агросистемах и биосфере; в конце раздела описано практическое применение кремниевых соединений. В общем заключении подводится итог результатов работы, отмечается значимость многофункциональности подвижных соединений кремния в растениях и системе почва-растение, акцентируется внимание на необходимости снабжения сельскохозяйственных угодий кремниевыми удобрениями, отмечается важная роль кремния в устойчивости растительных сообществ, скорости и направленности эволюционного процесса в целом.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

В настоящей главе отмечается, что кремний является самым распространенным после кислорода элементом земной коры. Его кларковое содержание по АII. Виноградову (1935) равно 29.5; 87% всей литосферы Земли составляют кварц и силикаты. Благодаря тесному химическому сродству кремния и кислорода, в биосфере кремний встречается только в виде кислородных соединений. Концентрация кремния в земной коре повышается с уменьшением глубины слоя, максимальное содержание кремния наблюдается в почвах и составляет от 35 до 48% для песчаных почв и от 15 до 45% для глинистых почв. Кроме твердых соединений кремния, представленных различными минералами, во всех природных водах, включая почвенные, присутствуют растворимые формы кремния (Ковда, 1985; Lindsay, 1979). В природных водах постоянно находятся такие соединения, как моно- и поликремниевые кислоты, кремний-органические соединения, которые обладают высокой химической и биологической активностью (Варшалл и др., 1980; Назаров, 1976).

Монокремниевая кислота является слабой кислотой, проявляющей буферные свойства при рН~7 (Iler, 1979). Монокремниевая кислота реагирует с металлами и неметаллами (Пег, 1979; Lindsay, 1979). При высоких концентрациях она способна образовывать комплексы с органическими и неорганическими соединениями (Пег, 1979). По-видимому, похожими свойствами обладают и олигомеры кремниевой кислоты. Сам класс этих соединений был выделен сравнительно недавно (Knight et al., 1986, 1987; Dent-Glasser and Lachowsky, 1980). Олигомеры кремниевой кислоты нестабильны при значениях pH от 7 и ниже, но более стабильны в щелочной среде. Поликремниевые кислоты представляют собой цепочки силоксановой связи -Si-O-Si- с различным количеством гидроксигрупп. Молекулы поликремниевых кислот могут быть линейными, разветвленными или шарообразными (Пег, 1979). Они образуются путем конденсации монокремниевой кислоты. Механизм этого процесса изучен недостаточно (Dietzel, 2002). Высокомолекулярные поликремниевые кислоты химически инертны, так как возникающие на поверхности молекулы заряды, обусловливающие химическую активность соединения, могут быть компенсированы за счет изгиба самой молекулы. Высокомолекулярные поликремниевые кислоты в основном влияют на физико-химические свойства почв (Ma and Takahashi, 2002). Важно отметить, что свежеобразованная высокомолекулярная поликремниевая кислота (кремниевый гель) обладает уникальной способностью сохранять информацию о любом другом соединении или молекуле, находящимся в растворе (Высоцкий и др., 1967), благодаря чему может образовываться специфическая силикатная матрица, которая обладает каталитическими свойствами и способствует направленному низкотемпературному синтезу того вещества, которое присутствовало при формировании геля поликремниевой кислоты (Baneijce, 2001). Наименее изученными формами растворимого кремния являются кремний-органические соединения (Варшалл и др., 1972, 1980), а также комплексы с органическими и неорганическими лигандами (Dietzel, 2002). В настоящее время существует методика, позволяющая только фиксировать их присутствие (Воронков и др., 1981). Несомненно, что данный класс соединений играет важную роль в природе.

В литературном обзоре также приводится информация об истории развития исследований влияния кремния на растения. Отмечается, что изучение

активных форм кремния в растениях было начато еще в конце XVIII века несколькими естествоиспытателями: А. Гумбольдтом, Л. Вокленом и X. Дэви в Германии, Франции и Англии (Davy, 1799, 1813). В 1813 г. сэр Хэмфри Дэви, выдающийся ученый-химик и натуралист, на основании собственных исследований и результатов работ А. Гумбольдта пришел к выводу, что кремний, концентрируясь в эпидермальных тканях, создает механическую защиту растений от насекомых-вредителей. В 1840 г. вышел в свет основной труд по агрохимии немецкого химика Юстиуса Либиха, где впервые были определены четыре базовых элемента питания растений: азот, фосфор, калий и кремний. Полевые испытания кремниевых удобрений были начаты на Ротамстедской станции в 1856 г. и продолжаются до сих пор Изучение влияния кремниевых соединений на растения было продолжено во второй половине XIX века такими учеными, как J.B. Law, A.D. Hall, C.G.T. Morison (Англия), I. Pierre, V. Jodin (Франция), С. Kreuzhage, Е. Wilf, A. Grob (Германия). Выдающийся русский химик Д.И. Менделеев (1870) подчеркивал важность применения кремниевых удобрений и впервые указал на возможность использования аморфного кремнезема в качестве кремниевого удобрения. Первый патент на кремниевое удобрение был выдан в 1888 г. в США. Большой вклад в изучение роли кремния как элемента, способствующего повышению стрессоустойчивости растений, внес И. Онодера, который показал важность данного элемента в обеспечении защиты риса от грибковых заболеваний. В начале 20 века его работы способствовали организации многолетних исследований влияния кремния на защитные свойств риса в Японии.

О важной биогеохимической роли кремния в биосфере неоднократно писал академик В.И. Вернадский (1921, 1926, 1938), утверждавший, что без кремния невозможно существование живых организмов на нашей планете. Его работы послужили основой для начала изучения биогеохимии кремния в водных системах и использования кремниевых удобрений в агрохимии (Аскинази, 1937; Виноградов, 1935). Однако в середине прошлого века развитие химии и химических средств защиты растений привели к снижению интереса к кремнию как биофильному элементу. Основые исследования в области изучения роли кремния в растениях свелись к определению его валового содержания. Значительное число работ было посвящено изучению новообразований кремния в растениях - фитолитов (Добровольский и др.,1988; Гольева, 2001, 2004; Neumann, 2003; Sangster, 1968). Было предложено условное разделение растений на кремниефилы (общее содержание Si>l%) и некремниефилы (Si<l%) (Epstein, 1999; Ma, Takahashi, 2002). Предполагали, что кремний пассивно поглощается растениями в форме монокремниевой кислоты и затем откладывается в виде различных фитолитов и аккумулируется в эпидермальных клетках (Epstein, 1999; Ma, Takahashi 2002). В СССР основные теоретические исследования функций кремния в растениях во второй половине прошлого века проводили такие ученые, как М.Г. Воронков, Е.П. Алешин и Н.Е. Алешин. Большую роль в изучении биогеохимической роли кремния в системе почва-растение сыграли советские ученые: В.А. Ковда, Н.И. Базилевич, В.А. Рочев, Г.А. Барсукова. В Японии наибольшее внимание уделяли практическим аспектам защиты риса от грибковых заболеваний с использованием кремниевых удобрений (Е. Takahashi, S. Yoshida, A. Okuda). В западной Европе и Америке в основном вели исследования теоретического плана по влиянию кремния на поведение других элементов в растениях и

системах растение-почва (J. Birchal, Е. Carlisle, L. Jones, N. Savant, G. Snyder, A. Wallace).

В последнее время интерес к кремнию вновь значительно возрос. Начиная с 1999 г., раз в 3 года проводится Международная конференция «Si in Agriculture», где особое внимание уделяется изучению роли и функций кремния в растениях. Во многом возросший интерес к кремнию связан с возможностью его использования в качестве экологически чистой альтернативы пестицидам, а также для повышения природной устойчивости растений к абиогенным стрессам. Так, в недавнее время у растений была установлена возможность синтеза специального белка, обеспечивающего активный транспорт растворимых кремниевых соединений (Ma et al., 2006, 2007); резко выросло количесгво работ, посвященных изучению механизмов повышения стрессоустойчивости растений активными формами кремния (Колесников и Гинс, 2001 ; Belanger, 2006; Exley et al., 2003) Работы таких исследователей, как

H.И. Базилевич (1993), А. Alexander (1997), D. Anderson (1991), F. Bartoli (1983),

I. Basile-Doelsch (2005), Y. Lucas (2006), F. Wattean и G. Villemin (2001), R. Wollast и F. McKenzie (1983) свидетельствуют о важности изучения подвижных (активных) форм кремния в системе почва-растение.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основным объектом наших исследований были кремниевые кислоты (мономеры, олигомеры, низкомолекулярные и высокомолекулярные поликремпиевые кислоты), поскольку именно они обеспечивают основные химические, физиологические, миграционные и трансформационные процессы с участием кремния в растениях и системе почва-растение. В лабораторных, тепличных и полевых экспериментах были использованы следующие хозяйственно важные культуры: кукуруза (Zea mays L.), ячмень (Hordeum vulgare L), пшеница (Triticum aestivum L.), рис (Oriza sativa L.), сахарный тростник (Saccharum officinarum L.), сорго (Sorghum vulgare L.), апельсины сорта Темпл (С reticulata х С. sininsis) и сорта Валенсия (Citrus sinensis (L.), грейпфруты (Citrus paradise L.), томаты (Lycopersicum esculentum L.), огурцы (Cucumis sativus L.), цветная капуста (Brassica oleráceo L.), и травы: Distichiis spicata, Bahiagrass (Paspalum notatum Fluegge). Изучение подвижных форм кремния проводили в системах почва-растение юга Московской области, центральной и южной Флориды, штата Мэриленд. Подвижные формы кремния изучали как в естественных, так и в сельскохозяйственных экосистемах. Были проведены также модельные исследования взаимодействия моно- и поликремниевых кислот между собой, а также с соединениями фосфора и тяжелых металлов. Анализ кремния во всех растворах и вытяжках выполняли по модифицированному нами методу Маллена и Райли (по lier, 1979). Метод основан на реакции молибденово-кислого аммония (аниона молибденовой кислоты) с монокремниевой кислотой с образованием желтого кремний-молибденового комплекса:

7Si(OH)4 + 12H6Mo7024'4H20 + 126Н2- 7H8Si(Mo207)6'28H20 с последующим его восстановлением в комплекс синего цвета (для повышения чувствительности метода). Время взаимодействия монокремниевой кислоты с молибденово-кислым аммонием составляет 3 мин. Для устранения возможного негативного влияния фосфора образующийся фосфор-молибденовый комплекс разрушают действием смеси концентрированной серной кислоты и щавелевокислого натрия. Концентрацию кремния определяют колориметрически при

длине волны 660 нм. Предложенная нами модификация заключается в замене нестабильного нафтола сульфатом железа для восстановления кремний-молибденового комплекса. Нами также предложено использование различного временного интервала для образования желтого молибденового комплекса, что позволяет определить монокремниевую кислоту (молибденово-кислый аммоний реагирует только с монокремниевой кислотой), олигомеры кремниевой кислоты и низкомолекулярные поликремниевые кислоты. Для определения олигомеров кремниевой кислоты время взаимодействия с молибденово-кислым аммонием увеличивали до 10 мин. Этого времени достаточно для деполимеризации олигомеров до моноформы. Концентрацию олигомеров вычисляли по разнице результатов при 10- и 3-минутной экспозициях. При определении низкомолекулярных поликремниевых кислот использовали 30-минутный интервал образования желтого кремний-молибденового комплекса. За это время низкомолекулярные кислоты успевают разложиться до мономерной формы. Концентрацию низкомолекулярных кремниевых кислот вычисляли по разнице результатов при 30- и 3-минутной экспозиции. Монокремниевую кислот)' в основном определяли совместно с олигомерами кремниевой кислоты, так как эти соединения обладают сходными физико-химическими свойствами, и под термином монокремниевая кислота подразумевали смесь этих соединений, за исключением тех экспериментов, где ставилась задача их раздельного выявления.

Для определения высокомолекулярных поликремниевых кислот в растворах был разработан метод, основанный на разрушении полимеров кремниевой кислоты с помощью ультразвука или под воздействием щелочи. Одной из основных причин недостаточной изученности роли и функций кремния в растениях и системе почва-растение было отсутствие метода определения его растворимых форм (монокремниевой и поликремниевых кислот) в тканях растений. Нами разработано два взаимодополняющих методических подхода. Первый подход позволяет оценивать содержание монокремниевой и поликремниевых кислот в растительных тканях путем анализа супернатанта суспензии, полученной в результате разрушения свежих растительных образцов с добавлением дистиллированной воды и последующим центрифугированием гомогената; второй - основан на анализе суточной динамики выноса соединений кремния (моно- и поликремниевых кислот) из растительных тканей, помещенных в водный раствор.

При изучении биогеохимического цикла кремния в системе почва-растение существовала методическая проблема, связанная с экстракцией подвижных соединений кремния из почв. Она заключалась в том, что при высушивании образца обе основные формы подвижного кремния (монокремниевая и поликремниевые кислоты) дегидрируют с образованием пленки аморфного кремнезема на поверхности почвенных или минеральных частиц (Пег, 1979; Ковда, 1985; Назаров, 1976). При последующей экстракции, независимо от применяемого растворителя, аморфный кремнезем растворяется с образованием только монокремниевой кислоты в количестве, пропорциональном суммарному содержанию моно- и поликремниевых кислот, присутствовавших в исходном свежем образце (Nonaka & Takahashi, 1986а, 1986b). Поэтому анализы, основанные на экстракции кремния из сухих образцов, не дают реальной картины содержания моно- и поликремниевых кислот в образце. Нами разработана методика определения монокремниевой кислоты и поликремниевых кислот в грунтах и почвах на основе использования

водной вытяжки из свежих образцов с влажностью от 10 до 50% при соотношении лочва.-раствор 1:6. В случае использования сухих образцов экстракция осуществляется после 3-4-недельной инкубации с дистиллированной водой при влажности 15-25% и температуре 20-24°С В полученных экстрактах содержание монокремниевой кислоты и поликремниевых хислот определяли модифицированным методом Маллена и Райли. Меюдика апробирована на разных образцах почв в сравнении с другими методами и дает лучшие результаты. В работе были также использованы стандартные химические, физические, микробиологические, биологические методы исследования почв, грунтов, растворов и растений с применением ионометрии (определение pH, аммонийного и нитратного азота), колориметрии (определение фосфора), атомной адсорбции (определение калия, тяжелых металлов, натрия).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

РАСТВОРИМЫЕ ФОРМЫ КРЕМНИЯ

В научной литературе до сих пор отсутствует четкое представление о формах кремния, которые активно участвуют в биогеохимических процессах Поэтому авторы в основном пишут об общем или растворимом кремнии, определяя его с помощью атомно-адсорбционного метода или с использованием метки 29Si (Alexander, 1997; Bartoli, 1983; Lucas, 2006). Однако такой подход недостаточно информативен, поскольку в природных растворах кремний присутствует в составе соединений, обладающих различными свойствами и, следовательно, выполняющих разные функции.

На основе анализа литературы и собственных данных нами установлены основные формы кремния, присутствующие в тканях растений, природных водах, грунтах, почвах и участвующие в биогеохимическом круговороте. Это монокремниевая кислота, олигомеры кремниевой кислоты, низкомолекулярные поликремниевые кислоты, высокомолекулярные поликремниевые кислоты, кремний-органические соединения, комплексные соединения кремниевой кислоты с органическими и неорганическими лигандами. Данные соединения можно объединить под термином активные кремниевые соединения. Наиболее важными растворимыми формами кремния в растениях и системе почва-растение являются монокремниевая и поликремниевые кислоты. Эти неорганические соединения всегда присутствуют в природных водных растворах. Причем между ними существует тесная взаимосвязь. Поэтому для изучения растворимых форм кремния в более сложных системах важно было определить закономерности взаимовлияния моно- и поликремниевых кислот в водных растворах в интервале pH от 4 до 9. В диссертации приводятся лабораторные исследования, проведенные с использованием истинных растворов, содержащих только растворимые формы кремния (моно- и поликремниевые кислоты), а также в системах раствор-твердое вещество и раствор-микроорганизмы. Первоначально в растворах были заданы различные концентрации моно- и поликремниевых кислот, которые получены с использованием аморфного диоксида кремния (табл. 1). Затем в течение 3-х недель в растворах устанавливалось равновесие между различными формами кремниевой кислоты при значениях pH в интервалах 4-6,7 и 8-9.

Таблица 1. Динамика содержания соединений кремния в растворе в течение 3-х недель, рН = 7 (п = 7)

Раствор 1 Раствор 2 Раствор 3

Мономеры Полимеры Мономеры Полимеры Мономеры Полимеры

Si, мг/л

Исходный раствор 120 ±0,4 20 ± 0,6 85 ±0,4 55 ±0,6 20 ±0,4 65 ± 0,6

Раствор через три недели 100 ±0,4 40 ±0,6 101 ± 0,4 39 ±0,6 85 ± 0,4 0

Полученные в диссертации результаты свидетельствуют, что в истинных растворах поликремниевые кислоты стабильны только при концентрации монокремниевой кислоты свыше 100 мг/л Si. При значениях рН=4-6 поликремниевые кислоты становились стабильными при концентрации монокремниевой кислоты около 80-85 мг/л Si. В то же время в щелочных растворах (рН=8-9) поликремниевые кислоты были стабильны при концентрации монокремниевой кислоты 110-120 мг/л Si. При введении в систему твердых частиц поликремниевые кислоты становились стабильными при низких значениях концентрации монокремниевой кислоты. Полученные результаты показали, что при повышении дисперсности и уровня гидратированности вводимых в систему твердых частиц концентрация поликремниевых кислот в равновесном растворе повышается. Следовательно, соотношение и концентрации моно- и поликремниевой кислот в системе вода-твердая фаза зависят от ряда параметров: pH среды, состава и степени гидратированности твердых частиц, соотношения твердых частиц и природы раствора.

Доля поликремниевых кислот возрастает при увеличении дисперсности твердых частиц. При более низких значениях pH стабильность поликремниевых кислот возрастает. В работе приводятся данные, что, например, введенные в систему микроорганизмы Pseudomonas aerginosa также способствуют образованию и стабилизации поликремниевых кислот при более низких концентрациях монокремниевой кислогы. При изучении динамики изменения концентраций растворимых форм кремния в системах с добавлением твердых частиц или микроорганизмов было установлено, что в течение первой недели в системе идет образование олигомеров кремниевой кислоты. Концентрация этих соединений в растворе постоянно менялась, подчиняясь закону затухающих колебаний, что указывает на стремление системы к стабилизации и промежуточный характер олигомеров кремниевой кислоты по отношению к моно- и высокомолекулярным поликремниевым кислотам. Вероятно поликремниевые кислоты могут образовываться в диффузном слое раствора на границе раздела твердой и жидкой фаз, где концентрация монокремниевой кислоты в силу межмолекулярного взаимодействия существенно превышает ее среднюю концентрацию. Процесс формирования и распада поликремниевых кислот в такой системе стремится к равновесию. При нарушении равновесия системы за счет изменения соотношения раствор-твердое вещество, химического состава, pH и т. д. происходит образование промежуточных неустойчивых форм кремния - олигомеров кремниевой кислоты. Посредством формирования этих нестабильных соединений система стремится к

установлению нового равновесия между мономерами и полимерами кремниевой кислоты.

Содержание растворимых форм кремния определяли в водных растворах, полученных после 1 часа и 24 часов взбалтывания 2-3-см. сегментов листьев Dislichlis spicata. Из растворов были отобраны аликвоты, в которые добавляли раствор молибденово-кислого аммония. Затем с интервалом в 0, 5, 1,2, 3, 4, 5, 7, 10, 20, 30, 40, 50 и 60 минут приливали раствор щавелевой кислоты с сульфатом железа для восстановления желтого кремний-молибденового комплекса и прекращения реакции между кремниевой кислотой и молибденово-кислым аммонием. Другую часть исходных растворов оставляли на 2 суток в холодильнике при температуре 4 °С и затем определяли содержание монокремниевой кислоты при тех же интервалах времени взаимодействия с молибденово-кислым аммонием. Срок в 48 часов недостаточен для деполимеризации высокомолекулярных поликремниевых кислот, но достаточен для распада олигомеров кремниевой кислоты и низкомолекулярных поликремниевых кислот (Пег, 1979; Dietzel, 2001, 2002). Значения pH всех растворов колебались от 7 до 7,5. В течение первого часа из листьев в раствор выходят монокремниевая кислота и олигомеры кремниевой кислота. При 24-х часовом взаимодействии листовых сегментов выходят и низкомолскулярные поликремниевые кислоты. Важно отметить, что высокомолекулярные поликремниевые кислоты фиксировали в растворе как после 1 часа взбалтывания (0,92 ± 0,4 Si мг/л), так и после 24 часов взаимодействия с водой (1,05 ± 0,5 Si мг/л). Таким образом, за первый час в раствор переходило около 90% высокомолекулярных поликремниевых кислот, около 50% монокремниевой кислоты и олигомеров кремниевой кислоты, но фактически в растворе не обнаруживали низкомолекулярные поликремниевые кислоты.

КРЕМНИЙ И ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ

Известно, что монокремниевая кислота может образовывать с тяжелыми металлами труднорастворимые силикаты (Lindsay, 1979):

В то же время монокремниевая кислота способна образовывать с тяжелыми металлами водорастворимые комплексы, что приводит к смещению равновесия в растворе в сторону повышения их концентрации (Bocharnikova et. al., 1995; Schindler et. al., 1976). В диссертации приводятся результаты исследований, проведенных с Pb, Cr, Cd, Ni, Си, Hg и Zn, которые показали, что направленность взаимодействия монокремниевой кислоты с тяжелыми металлами зависит от ее начальной и конечной концентраций в системе. При незначительном повышении концентрации монокремниевой кислоты в растворе идет образование растворимых комплексов с металлами и повышение общего содержания растворимых форм металлов. Подвижность тяжелых металлов при внесении малых количеств активного кремния может повышаться от нескольких до 100%. При значительном повышении концентрации монокремниевой кислоты в почве или растворе происходит образование труднорастворимых силикатов металлов, что резко снижает их подвижность.

2Zn2+ + Si044" = Zn2Si04 2Мп2+ + SioA = MnSi04| Mn2+ + S1O44" + 2Н+ = MnSi04| + Н20 2Pb2+ + H4Si04 = PbSi04|+ 4H+

log К0 = -32,80 log К0 = -21,50 log К0 = -35,70 log К0 = -18,45

Показано, что существует критическая концентрация монокремниевой кислоты, при которой происходит скачкообразное изменение характера взаимодействия монокремниевой кислоты с металлами. Величина этой критической концентрации зависит от многих факторов: состава раствора, минерального состава грунта или почвы, рН, окислительно-восстановительного потенциала и др. При изучении влияния растворимых форм кремния на поведение тяжелых металлов в растениях и системе почва-растение в диссертации показано, что в зависимости от вида металла основной зоной его взаимодействия с активными формами кремния могут являться твердые фазы почвы, жидкая фаза почвы, корни или стебли растений. К примеру, для свинца основной зоной взаимодействия является почвенный раствор, для меди и никеля - корни растений, для хрома и кадмия - наземные части растений. Полученные данные свидетельствуют о возможности управления поведением тяжелых металлов в почве и системе почва-растение посредством изменения концентрации монокремниевой кислоты.

КРЕМНИЙ И РАСТЕНИЯ

Обычно в растениях определяют общее содержание кремния в усредненном растительном образце. Однако, как показали наши измерения, кремний внутри растения может распределяться крайне неравномерно. Один из примеров приведен в таблице 2, из которой видно, что наибольшее его количество у двух видов высших растений находится в эпидермальных тканях листьев и корней. Наши исследования показали, что растения поглощают низкомолекулярные кремниевые кислоты и их анионы не только через корневую систему, но и через поверхность листьев, если опрыскивать их кремний-содержащими водными растворами (табл. 3) Важно отметить, что поглощение кремния листьями составляет около 30-40%, тогда как через корневую систему - не превышает 1-5%.

Одним из важнейших вопросов считается вопрос о существовании в растениях механизма активного поглощения кремния и его перераспределения внутри организма. Основным постулатом оппонентов данного положения является аргумент, что монокремниевая кислота пассивно поступает в растения вместе с водой, а затем так же пассивно распределяется по различным органам вместе с токами межклеточного сока. Наличие активного поглощения и перераспределения кремния в растениях, которое было получено при использовании не кремниефильного апельсина (Citrus reticulata х С. sininsis, сорта Темпл). Листья этого растения могут заражаться грибом Sooty Mold, который поверхностно блокирует устьица листовой пластины, препятствуя дыханию и испарению влаги. Если исходить из положения, что активного поглощения и транспорта кремния не существует, то в листьях, зараженных Sooty Mold, общее содержание кремния должно быть меньше, чем в незараженных. Однако результаты показали, что общее содержание кремния в инфецированных грибом листьях значительно выше, чем в здоровых (табл. 4) Это может просходить только при условии активного поглощения кремния листьями. Исследования изменения содержания кремния в тканях растений, подверженных воздействию хлорида натрия, также показали наличие у растения механизма быстрого его перераспределения.

Таблица 2. Содержание общего кремния в тканях Hordeum vulgare и Distichiis spicata (в % от сухой массы) (п = 8)

Орган растения Hordeum vulgare Distichhs spicata

Листовая пластина

Кончики листьев 1,44 ±0,15 1,82 ±0,15

Средняя часть 1,38 ±0,12 1,53 ±0,07

Основание листа 0,95 ±0,15 1,73 ±0,15

Старые листья (у грунта) - 0,66 ±0,03

Стебель

Верхушка ствола - 1,95 ±0,10

Межузелковая часть, молодая 0,48 ±0,14 0,37 ±0,01

Межузелковая часть, старая - 0,26 ±0,04

Узелки молодые 0,46 ±0,13 1,16 ±0,05

Узелки старые - 0,35 ± 0,03

Наземная часть растения (средняя) 1,21 ±0,15 1,50 ±0,11

Корни

Тонкие корешки 0,49 ±0,11 1,72 ±0,19

Эпидермальная ткань корня - 1,79 ±0,25

Узелки (без эпидермиса) - 0,46 ± 0,03

Межузелковая часть (без эпидермиса) - 0,36 ±0,02

Подземная часть растения (средняя) 0,49 ±0,11 0,68 ±0,12

Среднее для всего растения 1,04 ± 0,12 1,34 ±0,11

Таблица 3. Содержание общего кремния в различных органах Hordeum vulgare и Brassica oleracea, (в % от сухой массы) (п = 5)

Орган Контроль Поглощенный Поглощенный

растения Si через корни Si через листья

Ячмень (Hordeum vulgare)

Лист 1,32 ±0,02 1,52 ± 0,02 1,58 ±0,02

Стебель 0,92 ± 0,02 1,03 ±0,02 1,05 ±0,02

Корень 1,54 ±0,02 1,93 ± 0,02 1,84 ±0,02

Цветная капуста (Brassica oleracea)

Лист 0,32 ± 0,02 0,37 ±0,02 0,38 ± 0,02

Стебель 0,45 ± 0,02 0,49 ±0,02 0,51 ±0,02

Корень 0,82 ±0,02 0,93 ± 0,02 0,89 ± 0,02

В частности, зеленую часть взрослых растений ячменя (Hordeum vulgare) и Distichiis spicata (стебель с листьями) срезали и помещали в растворы NaCl с концентрацией Na от 0 до 32 г/л. В свежесрезанных и после 20-часового пребывания в растворах тканях растений определяли общее содержание кремния (табл. 5). Полученные результаты показали, что кремний перетекает из листьев в стебель, который в условиях засоления подвержен сильному солевому стрессу. Следовательно, поглощение и перераспределение кремния у растений

происходит активно и быстро. Это заключение нашло подтверждение в работе японского исследователя Ма (2006), который экспериментально показал существование специальных белков, ответственных за транспорт кремния в растительных тканях риса (Oriza sativa).

Таблица 4. Содержание общего кремния в листьях апельсиновых деревьев (С. reticulata х С. sininsis), (в % от сухой массы) (п = 15)

Тип почвы Здоровые листья Листья, поврежденные инфекцией Sooty Mold

Сакагеош*, Флорида, США 0,31 ±0,01 0,34 ±0,01

Епйэо!*, Флорида, США 0,33 ± 0,01 0,35 ± 0,01

8ро(1озо1* 1, Флорида, США 0,31 ±0,01 0,36 ±0,01

Броскко!* 2, Флорида, США 0,35 ± 0,01 0,46 ± 0,01

•Классификация почв по системе FAO

Таблица 5. Изменение общего содержания кремния в Hordeum vulgare и Distichiis spicata под воздействием солевого стресса (п = 5)

Hordeum vulgare Distichiis spicata

Орган и часть Содержание Na в растворе, г/л

растения 0 10 32 0 10 32

Si, % от сухой массы

Листовая пластина

Верхушка листа 1,44 1,43 1,35 1,99 1,82 1,73

Средняя часть листа 1,38 1,24 1,2 1,98 1,43 1,5

Основание

листа 0,95 0,84 0,82 2,13 1,87 1,55

Стебель

Междоузлье 0,48 0,72 0,86 0,46 1,47 1,78

Узелки 0,46 0,84 1,06 1,13 2,45 2,68

HCPos 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03

Определения активных форм кремния в растительных образцах показало, что содержание монокремниевой кислоты в органах растений зависит от вида растения и изменяется от 6 до 38% от общего содержания Si (табл. 6). Наибольшая концентрация монокремниевой кислоты обнаружена в корнях ячменя (Hordeum vulgare), а наименьшая - в листьях цветной капусты (Brassica oleráceo). Содержание кремния в форме монокремниевой кислоты колеблется от 50 до 380 мг/кг сырой массы, что соответствует его концентрации в пределах 52-700 мг/л внутриклеточной или внеклеточной жидкости. Содержание поликремниевых кислот в растительных тканях заметно превышает содержание монокремниевой кислоты. Минимальная концентрация полимеров Si (90-110 мг/кг) была выявлена в листьях цветной капусты (В oleráceo), а максимальная (1000 мг/кг) - в листьях ячменя (Н vulgare). Доля кремния в форме поликремниевых кислот от общего количества кремния в растениях составляла от 10 до 70%.

Таблица 6. Содержание монокремниевой и поликремниевых кислот в различных органах ячменя (Hordeum vulgare), Distichiis spicata и цветной капусты (Brassica oleracea) (n = 5)

Часть растения Монокремниевая кислота Поликремниевые кислоты Общее содержание Si

Si, мг/кг сырой с массы %от общего одержа-иия Si Si, мг/кг сырой массы %от общего содержания Si мг/кг сухой массы

Hordeum vulgare

Лист 100-150 7-10 800-1000 60-70 9000-11500

Узелки стебля 300-380 28-38 320-400 30-40 6200-7800

Межузелковое пространство стебля 160-190 15-20 500-570 40-60 6600-7600

Корень 340-380 6-9 650-750 15-25 9900-11500

Distichlis spicata

Лист 290-330 12-16 800-920 10-15 1090012500

Узелки стебля 140-170 18-25 630-710 15-20 7700-8800

Межузелковое пространство стебля 100-140 22-28 500-600 18-26 6000-7400

Brassica oleracea

Лист 50-70 25-30 90-110 40-55 1100-1800

Стебель 110-130 25-30 180-220 40-50 2900-3500

В диссертации на примере листьев и стебля солеустойчивого Distichlis spicata показана локализация моно- и поликремниевых кислот внутри клеток (в симпласте) и за их пределами (в апопласте). В опытах с D. spicata растения выращивали на песчаном грунте с добавлением и без добавления аморфного кремнезема (Аэросил А-30) в дозе 1г/кг почвы, который служил источником монокремниевой кислоты (табл. 7). Минимальное содержание монокремниевой кислоты выявлено в апопласте стебля и составило 19 мг Si/кг сырой массы Distichlis spicata, выращенного без добавления аморфного кремнезема. Максимальная концентрация монокремниевой кислоты (223 мг Si/кг) была обнаружена в симпласте листьев растений, получивших дополнительное кремниевое питание. Содержание поликремниевых кислот изменялось в пределах от 58 мг Si/кг сырой массы в апопласте стеблей растений без внесения аморфного кремезема до 487 мг Si/кг сырой массы в симпласте листьев D. spicata в вариантах с внесением кремния. При оптимизации кремниевого питания содержание монокремниевой и поликремниевых кислот в симпласте и апопласте листьев и стебля D. spicata увеличилось, кроме содержания поликремниевых кислот в апопласте листьев. Для монокремниевой кислоты при оптимизации кремниевого питания было характерно повышение абсолютного содержания кремния в симпласте и относительного количества - в

апопласте. Содержание поликремниевых кислот в апопласте листьев при оптимизации кремниевого питания, как указывалось выше, не увеличивалось, а даже слегка снижалось, тогда как в апопласте стеблей повышалось на 81%. Полученные данные позволяют оценить транспорт и накопление растворимых кремниевых соединений в растительных тканях. Экспериментально установлено, что выход растворимых форм кремния из апопласта тканей Д врксКа в раствор происходит в течение первых 3-х часов. Предложенные методы исследования позволили получить принципиально новую информацию о содержании активных форм кремния в растениях. Наши результаты позволяют пересмотреть устоявшиеся взгляды на роль кремния исключительно как структурного элемента клеточных стенок или инертного балласта. Высокое содержание кремниевых кислот в различных органах и компонентах тканей растений указывает на возможность активного поглощения кремния и на то, что его транспорт в растениях осуществляется преимущественно в форме поликремниевых кислот.

Таблица 7. Содержание моно- и поликремниевой кислот в апопласте и симпласте наземных органов Distichlís spicata (n = 5)

Часть растения Монокремниевая кислота Поликремниевые кислоты

Апопласт Симпласт Апопласт Симпласт

81, мг/кг сырой массы*

без внесения аморфного кремнезема

Лист 34 165 326 368

Стебель 19 117 58 320

с внесением аморфного кремнезема

Лист 73(114) 223 (35) 303 (-7) 487 (32)

Стебель 53(178) 197(68) 105 (81) 395 (23)

НСР05 5 15 15 20

* Примечание: в скобках указано увеличение содержания в % от контроля

В диссертации акцентируется внимание на высокой химической и биохимической активности растворимых соединений кремния. Известно, что матрицы геля кремниевых кислот могут играть роль катализатора для целого ряда реакций, которые необходимы при органическом синтезе: реакций циклизации, перестановки функциональных групп, восстановления, окисления, конденсации, гидратации, дегидратации, формулирования, защиты функциональных групп и др. (Вапецее е1 а1., 2001). Наши исследования действия различных стрессоров биогенной и абиогенной природы показали, что любое их проявление приводит к статистически значимому увеличению содержания кремния в тканях растений. Обнаружено наличие прямой корреляции между интенсивностью стресса (при условии, что растение выживает) и содержанием общего кремния в растении (табл. 8). Мы предполагаем, что кремниевые кислоты итрают важную роль в дополнительном синтезе органических соединений в растительной клетке. Эта гипотеза

подтверждается следующими фактами: 1) наличием высокой концентрации поликремниевых кислот в растительных клетках, 2) активным перераспределение кремния внутри растения и накоплении в тканях, подверженных стрессу, 3) увеличением содержания антиоксидантов и стресс-ферментов при оптимизации кремниевого питания растений (Liang et al., 2003; Matichenkov and Biel, 2006) и 4) каталитическими свойствами гелей кремниевой кислоты. Такой синтез важен для обеспечения дополнительной универсальной защиты растений от биогенных и абиогенных стрессов.

Таблица 8. Влияние соединений кремния на всхожесть семян ячменя (Ilordeum vulgare), подверженных солевой токсикации (п = 150)

Вариант Содержание Na+ в растворе, %

0 03 0,6 1 а

Контроль 100 75 28 0

Аморфный диоксид кремния 100 90 41 6

Монокремниевая кислота, 50 мг Б ¡/л 100 81 37 0

Монокремниевая кислота, 200 мг 8!/л 100 88 38 15

НСР05 5 6 6 7

Одной из важных функций активных форм кремния является стимуляция развития корневой системы (Кудинова, 1975; Adatia, Besford, 1986). Наши исследования на маковых, цитрусовых, овощных культурах и кормовых травах показали, что при улучшении кремниевого питания растений увеличивается количество вторичных и третичных корешков на 20-100% и более. В диссертации предполагается, что поскольку окристаллизованный диоксид кремния является одной из составляющих коронарных клеток корневого чехлика, можно утверждать, что дефицит кремниевого питания служит одним из лимитирующих факторов развития корневой системы растений. При этом отмечается, что всхожесть семян как при нормальных условиях, так и при действии какого-либо стресса повышается от присутствия в растворе или почве высоких концентраций монокремниевой кислоты (табл. 8). Исследования, представленные в диссертации, также свидетельствуют, что оптимизация кремниевого питания положительно действует на ряд физиолого-биохимических показателей растительной клетки.

Проведенный цитофотометрический анализ зерен ячменя (Hordeum vulgare), полученных в полевом эксперименте с различными дозами внесения аморфного кремнезема, позволил изучить изменение содержания альдегидных группировок дезоксипентозы ДНК в интерфазных ядрах клеток зоны деления корешка. Гистограммы с выделением трех периодов: Gi - пресинтетический, S - синтетический и G2 - постсинтетический показали, что при оптимизации кремниевого питания уменьшается Gi-период и соответственно увеличивается S-период, то есть происходит увеличение жизнеспособности растений (табл. 9). Величина периода Gi характеризовалась обратной зависимостью от содержания активных форм кремния (актуальной и потенциальной форм) в почве. Коэффициент корреляции составил R = -0,96 при р = 0,05.

Активные формы кремния также ускоряли рост цитрусовых и созревание плодов; способствовали увеличению в них содержания сахара (Бочарникова и Матыченков, 2007). Проведенные эксперименты показали, что оптимизация

кремниевого питания приводит к повышению устойчивости молекул хлорофилла (МайсЬепкоу й а!., 2004; Иванов и др. 2005).

Таблица 9. Статистические данные цитофотометрического анализа жизнеспособности растений ячменя (количество клеток, % от общего количества) (п = 300)

Период Доза внениея SÍO2, кг/га

0 50 100 300 500 700 1000

G, 20,0 17,3 21,8 23,6 25,8 26,8 15,6

S 54,5 53,8 52,3 61,1 51,0 55,5 54,5

С2 25,5 28,9 25,9 15,3 23,2 17,7 29,9

Известно, что оптимальное снабжение растений кремниевым питанием приводит к повышению их засухоустойчивости (Ahmad et al., 1992). Однако механизмы данного феномена изучены недостаточно. Наши исследования в этом направлении свидетельствуют о высокой эффективности активного кремния. Так, в условиях полевых и вегетационных опытов с ячменем (Flordeum vulgare), сорго (Sorghum vulgare), кукурузой (Zea mays) и кормовьми травами обнаружено, что внесением жидких или твердых веществ, содержащих доступный для растений кремний, можно снизить расход поливной воды на 3040% без негативных последствий для качества и количества урожая. Для объяснения этого феномена (наряду с известными фактами: увеличением корневой массы, снижением уровня транспирации и повышением водоудерживающей способности почвы) мы считаем, что кремний, благодаря формированию поликремниевых кислот и их гелей, обладает способностью аккумулировать и сохранять воду внутри тканей растений. Лабораторные эксперименты подтвердили это предположение: один атом кремния может удерживать до 119 молекул воды (табл. 10). Нами было подсчитано, что с учетом использования кремния на формирование «скелета» растения и защитного слоя в эпидермисе около 20-30% поглощенного кремния может быть израсходовано на создание и поддержку внутреннего резерва воды в растении. Так, среднеширотная культура - ячмень (Hordeum vulgare), содержащая в среднем 1,2-1,4% кремния на сухую массу, при нормальном кремниевом питании может накапливать от 5 до 35 г воды на 100 г сырой массы растения.

Результаты исследований, направленных на повышение устойчивости растений риса (Oriza sativa), сахарного тростника (Saccharum offlcinarum) и цитрусовых (С. reticulata х С. sminsis) к низким температурам под действием кремниевого питания, и дано их теоретическое объяснение.

Таблица 10. Содержание воды в гелях кремниевой кислоты в лабораторном эксперименте (п = 10)

Гели различного генезиса Si н2о Количество молекул НгО на один атом Si

% в геле

1 1,28 97,9 119

2 1,60 97,7 95

3 2,40 97,1 63

4 3,20 96,6 47

5 4,80 95,3 31

В литературе имеются сведения о возможности повышения устойчивости растений с помощью соединений кремния не только к вышеперечисленным стрессам, но и к другим неблагоприятным факторам: болезням, насекомым-вреди гелям, магниевой токсикации, ультрафиолетовому облучению, ветру, дефициту кислорода и др. (Savant et al., 1997; Epstein, 1999; Korndorfer et al., 2001; Ma, Takahachi, 2002). При этом доминирующая гипотеза объясняет влияние кремния аккумуляцией кремниевой кислоты и образованием кремне-целлюлозной мембраны, что приводит к утолщению эпидермального слоя растений (Youshida, 1965, 1975; Waterkeyn et al., 1982). Однако механическое упрочнение растительных тканей может лишь частично объяснить действие кремния на растения в условиях стресса. Мы полагаем, что, кроме механической, в растениях существует также биохимическая защита, обусловленная подвижными кремниевыми соединениями. Наше предположение базируется на основе соподчинении двух процессов: а) ответной реакции генетического аппарата растений на стресс, приводящей к началу синтеза необходимых соединений (ферменты антиоксидантной защиты, стресс-белки и др.) и б) дополнительном неферментативном синтезе этих же веществ на матрицах поликремниевых кислот, присутствующих в растительных тканях (Biel, Matichenkov and Fomina, 2008). При этом образование клише кремниевой матрицы определяется белками или их фрагментами, синтезированными генетическим аппаратом. Работа кремниевой составляющей позволяет обеспечить дополнительный синтез стресс-белков или их фрагментов без прямого участия генетического аппарата, что объясняет известный феномен кремния как защитного агента. В результате участия вспомогательной матрицы растение может экономить энергию, тем самым обеспечивая повышенную стрессоустойчивость. Это предположение частично подтверждается нашими результатами, которые показали, что содержание кремния возрастает в тканях живых организмов, подверженных стрессу. Следовательно, основной функцией кремния в растении может быть увеличение устойчивости организма к неблагоприятным условиям, выражающееся в утолщении эпидермальных тканей (механическая защита), ускорении роста и развития корневой системы (физиологическая защита), связывании токсичных соединений (химическая защита) и увеличении биохимической устойчивости к стрессам (биохимическая защита). Разнообразие растений, демонстрирующих положительный отклик на внесение соединений кремния, показывает, что все эти механизмы характерны как для кремниефилов, так и для некремниефилов.

КРЕМНИЙ И ФОСФОР При изучении взаимодействия монокремниевой кислоты с фосфором в диссертации была принята как основная гипотеза о реакции замещения фосфат-аниона на силикат-анион в фосфатах кальция, алюминия и железа. В процессе экспериментальной проверки были, прежде всего, проведены термодинамические расчеты, которые показали, что данная реакция протекает при любых значениях рН. Однако наибольшее влияние на растворимость фосфатов кремниевая кислота должна оказывать в щелочной среде (рис 1). В лабораторных опытах было установлено, что в водной системе из фосфатов кальция, алюминия и железа в присутствии монокремниевой кислоты образуются соответствующие силикаты и концентрация фосфора в растворе

Вегетационные и полевые испытания показали, что повьппение концентрации

монокремниевой кислоты в почве коррелирует с увеличением содержания водорастворимого фосфора в почве. Коэффициенты корреляции для различных почв составили от 0,67 до 0,81. Было установлено наличие прямой зависимости между

концентрацией монокремниевой кислоты в почве и содержанием Результаты фракционного анализа фосфора при внесении в почву монокремниевой кислоты

показали, что идет трансформация труднорастворимых фосфатов в более подвижные формы (табл. 11). Таким образом, реакция замещения фосфат-аниона

силикат-анионом из

труднорастворимых фосфатов кальция, железа и алюминия действительно происходит в почве при повышении концентрации монокремниевой кислоты, фосфора в растениях.

Условно эта реакция может протекать согласно следующим уравнениям:

СаНР04 + 8!(ОН)4 = СаБЮз + Н20 + Н3Р04 2А1(Н2Р04)з + гвКОЩ, + 5Н+ = АЬЭЬОз + 5Н3Р04 + 5Н20 2РеР04 + Б1(0Н)4 + 21Г = Ре28Ю4 + 2Н3Р04

возрастает при постоянных значениях рН.

-Сро, --Сро, +ЭСаЭ|Оз

----Сро«+Са2Э|04

Рис. 1. Расчетная концентрация фосфат-аниона

0ёСро4, моль/л) при растворении СаНР04 в воде в присутствии монокремниевой кислоты с образованием ВСаЗЮз и Са28Ю4

Таблица 11. Изменение фракционного состава фосфора в некоторых почвах под влиянием внесения монокремниевой кислоты 200 мл на 1 кг при концентрации

200 мгвУл (п = 7)

Вариант

Фракции фосфора (по методике Ротамстедской опытной станции, Англия)

Р, мг/кг почвы

Calcareous alluvial virgin*, долина реки Иордан, Иордан

Контроль 16,8 63,1 74,9 852,0 194,6

24,5 83,7 89,5 847,5 156,4

Calcareous alluvial cultivated*, долина реки Иордан, Иордан

Контроль 31,6 97,5 99,6 922,9 258,7

46,6 122,5 139,6 956,7 144,8

Calcareous chalk soil*, долина реки Иордан, Иордан

Контроль 30,2 32,3 32,9 795,6 220,5

Si 23,6 38,5 26,1 836,2 186,8

HCPos 1,5 1,5 1,3 2,7 2,0

* Классификация почв по системе РАО

БАЛАНС КРЕМНИЯ В НАЗЕМНЫХ СИСТЕМАХ

Разработанная нами методика определения растворимых и потенциально-растворимых форм кремния в почве и данные по содержанию общего кремния в растительных ассоциациях позволяет рассчитать баланс кремния в системе почва-растение. С этой целью выбрали две почвы: серую лесную (на юге Московской области) и бурую лесную (в штате Мэриленд, США), сформированные под влиянием различных растительных сообществ. Данные о содержании определяемых форм кремния в серой лесной почве представлены в таблице 12, а в таблице 13 - баланс кремния для изученных растительных экосистем южного Подмосковья. Полученные результаты показывают, что для одного и того же типа почвы количество монокремниевой кислоты в верхнем горизонте может варьировать от 6,5 до 17,7 мг 8Укг почвы. При этом обнаружено, что содержание монокремниевой кислоты в нижних горизонтах почвенного профиля отличалось относительной стабильностью.

Использование полученных результатов о содержании кремния в растениях и литературных данных о биомассе растительных сообществ серых лесных почв позволили рассчитать баланс (табл. 14) кремния (Базилсвич и др., 1970; Базилевич, 1990). Коэффициент корреляции между содержанием монокремниевой кислоты в почве и балансом кремния в системе почва-растение составил в верхнем горизонте Я = 0,98 при р = 0,001, эс! = 0,759. Аналогичные коэффициенты для поликремниевых кислот и кислоторастворимого кремния составили, соответственно, Я = -0,75 и Я = 0,10. Сходные результаты получены при исследовании бурых лесных почв северо-восточного побережья США (штат Мэриленд) под растительными ассоциациями: смешанный лес, старый смешанный лес, молодой и старый еловые леса, косимый луг, пашня.

Таблица 12. Содержание различных форм кремния в серой лесной почвы под различными растительными ассоциациями (81, мг/кг) (п = 6)

Глубина, см рНвод Влажность, % Монокремниевая кислота Поли кремниевые кислоты Кислото-растворимый в!

Некосимый луг

0-10 6,24 20,8 17,7 15,8 527

20-30 6,05 14,5 10,2 30,3 468

50-60 6,01 13,2 13,1 7,5 548

Косимый луг

0-10 5,87 19,4 8,6 18,9 415

20-30 5,66 14,6 10,8 26,2 455

50-60 6,01 13,2 12,1 7,8 537

Пашня (ячменное поле)

0-10 6,28 13,0 6,5 25,0 500

20-30 6,14 13,0 6,5 25,0 510

50-60 6,06 17,6 13,9 12,7 592

Бе резово-осиновый лес

0-10 6,22 13,4 16,2 4,1 382

20-30 5,12 12,3 11,5 18,6 428

50-60 5,47 12,9 15,3 1,8 532

Еловый лес

0-10 4,76 25,6 9,9 8,1 432

20-30 5,87 13,7 14,4 1,8 539

50-60 6,16 10,8 15,6 9,6 534

НСР05 0,2 0,2 0,2 0,3 22

Анализ результатов позволяет сделать вывод, что содержание растворимых форм кремния и, в первую очередь, монокремниевой кислоты зависит от многих факторов, центральное место среди которых принадлежит растительному сообществу. Именно растительный покров определяет величину и интенсивность круговорота кремния в системе почва-растение, т.е. растительное сообщество является определяющим фактором, контролирующим содержание монокремниевой кислоты в верхнем почвенном горизонте. Изучение кремниевого состояния серых лесных почв проводили параллельно с геоботаническими наблюдениями (Ермолаев и Ширшова, 1994). Оценка эволюции растительных сообществ и результаты исследования кремниевого состояния почв, а также анализ литературных данных позволили заключить, что изменения концентрации монокремниевой кислоты в верхнем горизонте почв влияют на направленность эволюции растительных сообществ.

При повышенном содержании монокремниевой кислоты и положительном балансе кремния идет постепенное увеличение доли кремниефильных растений и, прежде всего, злаковых. При отрицательном балансе кремния в системе, например, выкашивании травостоя, происходит вытеснение злаковых разнотравьем. Следовательно, в системе почва-растение идет взаимозависимый процесс, когда растительные сообщества, с одной стороны, контролируют содержание монокремниевой кислоты, а с другой -

содержание монокремниевой кислоты в почве определяет направленность эволюции растительного сообщества.

Таблица 13. Ежегодный баланс кремния в биоценозах на серой лесной почве

(п = 6)

Прирост биомассы, Возврат растительных остатков в Вынос Si из почвы, Возврат Si в почву, Баланс

т/га почву, % кг/га кг/га Si

Некосимый луг

Зеленая масса 5,21 100 78,09 78,09 0

Косимый луг

Зеленая масса 5,98 5 61,14 3,07 -58,07

Пашня

Зеленая масса 6,10 5 81,50 4,07 -77,43

Березово-осиновый лес

Зеленая масса 2,5 100 27,75 27,75 -16,99

Древесина 4,72 0 16,99 сумма 44,74

Еловый лес

Зеленая масса 2,3 46 40,25 40,35* -47,40*

Древесина 4,99 0 47,40 сумма 87,65 -87,65*

* Примечание, опад оставался на поверхности почвы.

ЦИКЛ КРЕМНИЯ В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ

Наши исследования показали, что цикл кремния в наземных системах можно разделить на несколько уровней. Первый уровень включает перенос кремния в форме монокремниевой кислоты из почвы в растения и/или почвенные микроорганизмы и обратно преимущественно в форме аморфного диоксида кремния, что слагает базовый баланс кремния в системе почва-растение. Второй уровень включает вертикальные и горизонтальные потоки кремния в форме моно- и поликремниевых кислот, а также в виде твердых частиц (лессиваж, поверхностный сток), обусловленные рельефом (микро-, мезо- и макро-рельеф), составом почвы и климатом. Эти миграционные потоки объединяют, как правило, несколько ценозов. Общий наземный цикл кремния определяет миграцию элемента от одного региона в другой с водными или пылевыми массами. Данный перенос является составной частью планетарного биогеохимического круговорота кремния Земли.

Общая схема биогеохимического цикла кремния в системе почва-растение представлена на рисунке 2, из которого видно, что основной поток кремния осуществляется посредством поглощения монокремниевой кислоты растениями и микроорганизмами почвы. Часть поглощенной монокремниевой кислоты сразу полимеризуется и/или осаждается с образованием аморфного кремнезема - биолитов. Поглощенная монокремниевая кислота также взаимодействует с органическими соединениями и участвует в биохимических реакциях и процессах. При отмирании части или всего организма кремниевые

соединения дегидрируют, переходят в твердые формы и возвращаются в почву. Биолиты, кремний-органические соединения, поступив в почву, становятся источником образования монокремниевой кислоты. Это основной круговорот кремния в системе почва-растение и почва-микроорганизмы; ключевым соединением в нем является монокремниевая кислота. Анализ полученных данных о кремниевом состоянии почв позволил выделить два типа круговорота кремния - аккумулятивный и элювиальный.

почва

растеши; микроорганизмы

Рис. 2. Биогеохимический цикл кремния в системе почва-растение-микроорганизмы Условные обозначения физико-химических процессов: О - осаждение; П -

полимеризация; Дп - деполимеризация; Дг - дегидратация; С -солеобразование; 3 -замещение неорганических анионов; Ос - образование кремний-органических соединений; Он - образование комплексов с неорганическими соединениями; Ок - образование комплексов с органическими соединениями; Рк - разрушение комплексов; М - минерализация кремний-органических соединений.

ПОЧВЫ С АККУМУЛЯТИВНЫМ ТИПОМ КРЕМНИЕВОГО ЦИКЛА В диссертации отмечается, что максимальное накопление биогенного кремнезема в верхних почвенных горизонтах, а следовательно, и запасов активного кремния характерно для экосистем с аккумулятивным типом кремниевого цикла С глубиной почвы, как правило, количество активных форм кремния снижается. Основной отличительной чертой почв с аккумулятивным кремниевым циклом является периодичность биологического круговорота, связанная с сезонными колебаниями температуры и/или влажности. Это приводит к накоплению органического вещества в верхнем горизонте почв и к аккумуляции фитолитов. Наиболее активно процесс

протекает под луговыми и травянистыми биоценозами с преобладанием злаковых. Каштановые, серые лесные, серые почвы бореального климатического пояса также имеют, как правило, аккумулятивный тип кремниевого цикла. Классическим примером таких почв являются черноземы, характеризующиеся высоким (до 42 мг Si/кг почвы) содержанием монокремниевой кислоты в верхнем горизонте. Обычно содержание монокремниевой кислоты в почвах с аккумулятивным кремниевым циклом находится в интервале 15-50 мг Si/кг почвы и выше.

ПОЧВЫ С ЭЛЮВИАЛЬНЫМ ТИПОМ КРЕМНИЕВОГО ЦИКЛА

В данной главе рассматривается элювиальный тип биогеохимического цикла кремния, который характерен для почв экосистем влажных тропиков и субтропиков на сильно выветренных материнских породах, а также для почв с ярко выраженным процессом лессиважа. Эти экосистемы обычно испытывают острый дефицит доступного для растений кремния. Содержание монокремпиевой кислоты в них колеблется от 4 до 15 мг Si/кг почвы Подзолы тропиков и бореального климатического пояса, аллитные почвы, красные ферритные почвы являются типичными примерами почв с элювиальным типом кремниевого цикла. Из верхних горизонтов таких почв идет активный вынос доступного растениям кремния. Эти почвы характеризуются низким уровнем плодородия. Возможна аккумуляция растворимых форм кремния на некоторой глубине, например, в тропическом подзоле. На серых лесных почвах, которые обычно характеризуются аккумулятивным типом кремниевого цикла, под хвойными лесами также может сформироваться элювиальный тип (табл. 12). В главе делается заключение, что одному и тому же типу почв могут быть свойственны разные типы кремниевого цикла.

ЦИКЛ КРЕМНИЯ В АГРОСИСТЕМАХ

В главе обращается внимание, что использование почв в растениеводстве обычно приводит к нарушению баланса питательных элементов, поскольку значительная их часть ежегодно отчуждается вместе с урожаем. Кремний, как и другие питательные элементы, безвозвратно выносится из сельскохозяйственных почв. Впервые теоретическое обоснование необходимости применения кремниевых удобрений для восстаповления элементного баланса было дано Ю. Либихом (1840). На основе данных по содержанию кремния в различных культурах (Базилевич и др.,1975; Реймерс, 1990; Savant et al., 1997), а также справочной информации об урожайности в диссертации приводятся расчеты, что около 210-224 млн. тонн доступного для растений кремния ежегодно выносится вместе с урожаем. В результате вовлечение почв с аккумулятивным типом кремниевого цикла в сельское хозяйство приводит к быстрому снижению концентрации монокремниевой кислоты в верхнем горизонте (табл. 12). Это связано с тем, что растения способны поглощать кремний только в форме монокремниевой кислоты. Нарастающий дефицит данною макроэлемента вызывает ряд негативных последствий, так как кремний является не только питательным, но и конституционным почвенным элементом. Дефицит кремниевых кислот и уменьшение содержания аморфного кремнезема приводят к разрушению органо-минерального комплекса, ускоряют деградацию почвенного органического вещества, ухудшают минералогический состав (Матыченков, 1990, Ma and Takahashi, 2002). В конечном итоге, может происходить смена

аккумулятивного круговорота кремния на элювиальный. Поэтому для восстановления баланса кремния и обеспечения нормального питания растений, а также для предотвращения деградации почвенного плодородия необходимо внесение активных форм кремния в почву. Растения, произрастающие на почвах с элювиальным типом кремниевого цикла, постоянно испытывают дефицит кремниевого питания. При вовлечении этих почв в сельское хозяйство кремниевый фактор может стать лимитирующим для эффективного земледелия. Иногда в пахотных почвах с исходно элювиальным типом кремниевого цикла можно наблюдать некоторое повышение концентрации кремниевых кислот в верхнем горизонте. Это объясняется тем, что частично растительные остатки, содержащие фитолиты, например, корни растений остаются в почве. Поэтому даже на критически бедных доступным кремнием почвах может происходить некоторое накопление кремния при выращивании определенных видов растений. Однако содержание доступного растениям кремния и его запасы будут оставаться на низком уровне, негативно сказываясь на величине сельскохозяйственной продукции и степени деградированное™ почв. Следовательно, для устойчивого и высокоэффективного сельского хозяйства на почвах с обоими типами биогеохимического цикла кремния внесение кремнивых удобрений является необходимым. Особенно важно использование активных форм кремния на деградированных почвах, торфяниках, кислых аллитных почвах, латеритных почвах. Однако существует несколько типов почв, для которых применение активных форм кремния может быть нецелесообразно. В первую очередь, это молодые почвы, сформированные на вулканических породах, а также на других, относительно хорошо растворимых кремний-содержащих минералах - трепелах, мергелях, цеолитах. Затопляемые аллювиальные почвы также обеспечены активными формами кремния благодаря его ежегодному поступлению в виде ила.

ОБЩАЯ СХЕМА КРЕМНИЕВОГО ЦИКЛА В БИОСФЕРЕ На основе литературных данных в диссертации представлена общая схема миграции, содержания и ежегодного притока растворимых форм кремния в компонентах биосферы (рис. 3). В данной главе отмечается, что наземные системы являются основным источником растворимых кремниевых соединений в биосфере. Образование этих соединений происходит в результате выветривания кремний-содержащих пород. Растения и почвенные микроорганизмы усиливают растворение минералов, стремясь обеспечить себя кремниевым питанием. В результате количество подвижного кремния в биосфере постоянно увеличивается, сохраняя при этом принцип равновесия (рис. 3). В океанах избыток активного кремния осаждается на дне, где происходит накопление осадочных пород, в то время как в наземных системах активные формы кремния накапливаются при аккумулятивном типе кремниевого цикла в виде аморфного кремнезема, который обеспечивает высокий уровень почвенного плодородия.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ Важнейшим заключением при исследовании роли и функций кремния в растениях является вывод о возможности повышения природной устойчивости растений к биогенным (грибковые заболевания, атаки насекомых-вредителей) и абиогенным (низкие температуры, засуха, солевая и алюминиевая токсикация, загрязнение тяжелыми металлами, углеводородами) стрессам.

Формы д вижения кремниевых

соединений:

Твердые - Т Растворимые - Р Живые - Ж

Рис. 3. Содержание и ежегодное увеличение растворимых форм кремния в

компонентах биосферы Условные обозначения: Т - твердые, Р - растворимые и Ж - живые формы движения кремниевых соединений

Это позволяет применять активные формы кремния в качестве экологически чистой альтернативы пестицидам.Новые технологии с использованием кремний-содержащих соединений являются также незаменимыми для решения такой глобальной проблемы, как нехватка пресной воды. Наши результаты свидетельствуют, что применение активных соединений кремния позволяет повысить засухоустойчивость растений и снизить расходы поливных вод на 3040%. В условиях нарастающего дефицита пресной воды предложенная нами технология дает возможность не только сберечь такой важнейший природный ресурс, как пресная вода, но и решить многие социальные и экономические проблемы засушливых регионов. Важным аспектом исследований было повышение эффективности использования традиционных минеральных удобрений. По нашим данным, при применении фосфорных удобрений совместно с активньми формами кремния можно снизить их дозы на 40-60% без уменьшения урожайности сельскохозяйственных культур. При этом угроза загрязнения природных вод фосфатами или примесями, содержащимися в минеральных удобрениях, резко снижается. Приведенные в диссертации результаты также показали возможность использования активных форм кремния для проведения детоксикации промышленных и сельскохозяйственных отходов, почв и вод, имеющих высокое содержание подвижных форм тяжелых металлов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе совокупности собственных и литературных данных в общем заключении диссертации дается критический анализ существующих представлений о роли кремния в живой природе и предлагается пересмотреть

взгляды на роль данного элемента в растениях и системе почва-растение. В работе развивается научное направление о функциональной роли кремния как макроэлемента, способствующего увеличению устойчивости растительного организма к биогенным и абиогенным неблагоприятным факторам с использованием механического, физиологического, химического и биохимического уровней защиты.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Впервые выявлены основные трансформационные и миграционные потоки растворимых кремниевых соединений в системе почва-растение и определены базовые функции кремния в метаболизме (физиологии) растений.

2. В тканях растений и почвах выявлены монокремниевая кислота, олигомеры кремниевой кислоты, низкомолекулярные поликремниевые кислоты и высокомолекулярные поликремниевые кислоты. Доказано, что любая система вода:твердая фаза обладает определенным равновесием между мономерами и полимерами кремниевой кислоты, которое устанавливается путем образования промежуточных и нестабильных низкомолекулярных поликремниевых кислот.

3. Растения способны активно поглощать монокремниевую кислоту через корневую систему и листовые пластины, а также обладают механизмом быстрого перераспределения кремния в зоны, подверженные стрессу. Транспорт кремния внутри растений осуществляется преимущественно в форме поликремниевых кислот. Концентрации растворимых соединений кремния в растительных тканях колеблются в широких пределах, от 30 до 500 мг Э1/л клеточного сока для монокремниевой кислоты и от 80 до 8000 мг 81/л клеточного сока для поликремниевых кислот.

4. Оптимизация кремниевого питания способствует повышению устойчивости растений к биогенным и абиогенным стрессам. Экспериментально доказано, что при оптимальном кремниевом питании повышаются: всхожесть растений и устойчивость ДНК получаемых семян, устойчивость растений к солевой токсичности, нехватке воды, низким температурам, присутствию тяжелых металлов и других загрязняющих веществ.

5. Выявлены механические, физиологические, химические и биохимические механизмы воздействия кремниевых соединений, способствующие повышению устойчивости растений к внешним и внутренним неблагоприятным условиям.

6. Повышенная засухоустойчивость растений, обеспеченных оптимальным кремниевым питанием, связана со способностью поликремниевых кислот удерживать молекулы воды внутри организма с последующим их высвобождением в условиях почвенной и воздушной засухи.

7. Монокремниевая кислота способна связывать ионы металлов в подвижные комплексы и труднорастворимые силикаты, направленность и скорость образования которых определяются узким диапазоном концентраций монокремниевой кислоты в среде.

от ряда факторов, среди которых определяющими для монокремниевой кислоты является баланс кремния в растительной ассоциации, а для поликремниевых кислот - минералогический состав почвы, плотность и физико-химические характеристики твердой фазы грунтов и почв.

9. Активные соединения кремния влияют на подвижность фосфора в почве и его доступность растениям: анион кремниевой кислоты может замещать фосфат-анион в труднорастворимых фосфатах кальция, алюминия и железа, повышая доступность фосфора для растений и микроорганизмов на 30-50%.

10. Выявлено два типа кремниевого цикла в системах почва-растение, аккумулятивный и элювиальный. Аккумулятивный цикл характеризуется превышением биогенного накопления кремния над его механическим, химическим и биологическим выносом из почвы. Элювиальный цикл отличает отрицательный баланс кремния в верхнем почвенном горизонте.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Аммосова Я.М., Матыченков В.В. Кремний и подвижные фосфаты почвы // Химизация сельского хозяйства. 1990. № 1. С. 47-50.

2. Аветян H.A., Аммосова Я.М. Балабко П Н., Матыченков В.В. Кремний в системе почва-растение // Агрохимия. 1990. № 10. С 103-109.

3. Аммосова Я.М., Дьяков В.М. Матыченков В.В., Чернышев Е.А. Использование соединений кремния в сельском хозяйстве. М.: Изд-во Мин. Хим. Пром., 1990. 32 с.

4. Матыченков В.В Аморфный оксид кремния в дерново-подзолистой почве и его влияние на растения: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. М.: МГУ, 1990. 26 с.

5. Дьяков В.М, Корзинников Ю.С., Матыченков В.В. Экологически безвредные регуляторы роста мивал и крезацин // Регуляторы роста растений. М.: Урожай, 1990. С. 52-62.

6. Матыченков В.В., Аммосова Я.М. Влияние аморфного кремнезема на некоторые свойства дерново-подзолистых почв // Почвоведение. 1994. №.7. С. 52-61.

7. Матыченков В.В., Пинский ДЛ., Бочарникова Е.А. Влияние механической плотности почв на состояние и формы доступного кремния // Почвоведение. 1994. № 11. С. 71-76.

8. Matichenkov V.V. The using of silicon metal-industry wastes in environmental friendly agrotechnologies // Proc. XVI World Congress on Soil Science. Acapulco, Mexico, 1994. P. 345-346.

9. Matichenkov V.V., E.A. Bocharnikova. Total and partial biogeochemical cycle of Si in various ecosystems // Sustainable Development: the View from the Less Industrialized Countries / Monge-Najera J. (ed.) San Jose, Costa Rica: UNED, 1994. P. 467-481.

10. Matichenkov V.V., E.A. Bocharnikova Silicon soil state and biogeochemical balance in forest and grass ecosystems // Monge-Najera J. (ed.) Sustainable Development: the View from the Less Industrialized Countries / Ed. Monge-Najera J. San Jose, Costa Rica' UNED, 1994. P. 453-467.

11. Bocharnikova E.A., Matichenkov V.V., Pinsky D.L. The influence of soluble silica acids on behavior of heavy metals in soil and natural waters // Proc. World-Wide Symposium Pollution in Large Cities. Italy, Venece/Padova, 1995. P. 43-51.

12. Matichenkov V.V. The use of silicon-rich industrial wastes for planting of greenly in large city // Proc.World-Wide Symposium Pollution in Large Cities. Italy, Venece/Padova, 1995. P. 587-593.

13. Anderson D.L., Matichenkov V.V., Snyder G.H. Silicon in the soil and plant (Part II) // Sugar Journal. 1995. June. P. 8-10.

14. Магаченков B.B., Шнайдер Г.С. Подвижные соединения кремния в некоторых почвах юга Флориды // Почвоведение. 1996. № 12. С. 1448-1453.

15. Матыченков В.В., Аммосова Я.М., Бочарникова Е.А. Метод определения доступного для растений кремния в почвах //Агрохимия. 1997. № 1. С.76-84.

16. Матыченков В.В., Бочарникова Е.А., Дьяков В.М. Почвенный кондиционер: Пат. 2122903. РФ 1997.

17. Матыченков В.В., Бочарникова Е.А., Дьяков В.М. Комплексное кремний-фосфорное удобрение: Пат. 2130445. РФ 1997.

18. Matichenkov V.V., Putsykin Y.G., Sharapov A.A., Shulgin A.I. The creation and restoration of potential soil fertility // FAO UN report, Special Biological physical Technologies Corporation. Rome, 1998. 21 p.

19. Bocharnikova E.A., Matichenkov V.V., G.H. Snyder. Technology for restoration of hydrocarbon polluted soils // Proc. 31th Mid-Atlantic Industrial and Hazardous Waste Conference. Atlantic-city, NY, 1999. P. 169-179.

20. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A., G.H. Snyder. The management of heavy metal behavior and mobility in the soil-plant system // Proc. 31th Mid-Atlantic Industrial and Hazardous Waste Conference. Atlantic-city, NY, 1999. P. 614-623.

21. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A., Calvert D.V., G.H. Snyder. Comparison study of soil silicon status in sandy soils of South Florida // Proc. Soil Crop Sci. Florida. 1999. V. 59. P. 132-137.

22. Matichenkov V.V., Calvert D.V., G.H. Snyder. Silicon fertilizers for citrus in Florida // Proc. Fla. State Hort. Soc. 1999. V. 112. P. 5-8.

23. Matichenkov V.V., Calvert D.V., G.H. Snyder. Prospective silicon fertilization for citrus in Florida // Proc. Soil Crop Sci Florida. 2000. V. 59. P. 137141.

24. Calvert D.V., Matichenkov V.V., Snyder G.H., Whalen В., Y. Wan. Nutrients leaching reduction by Si-rich substances in the model experiments // Proc. 7th Inter. Conf. Wetland Systems for Water Pollution Control. Lake Buena Vista, Florida, 2000. P. 583-593.

25. Matichenkov V.V. and Bocharnikova E.A. The Relationship between silicon and soil physical and chemical properties // Silicon in Agriculture. Studies in Plant Science / Ed. L. E. Datnoff, G. H. Snyder and G. H. Korndorfer. Amsterdam: Elsevier, 2001. P. 209-219.

26. Ande В., Ande P., Bocharnikova E.A., Calvert D.V., V.V. Matichenkov. Effect of Si-nch slag and lime on P leaching in sandy soil // J. Am. Soc. Sugarcane Technol. 2002. V. 22. P. 9-15.

27. Bollich P.K, Matichenkov V.V. Silicon status of selected Louisiana rice and sugarcane soils // Proc. II Silicon in Agriculture Conf. Tsuruoka, Yamagata, Japan, 2002. P. 50-53.

28. Matichenkov V.V., Calvert D.V. Silicon as beneficial element for sugarcane // J. Am Soc. Sugarcane Technol. 2002. V. 22. P. 21-30.

29. Matichenkov V. V., Calvert D., Snyder G.H., E.A. Bocharnikova. Effect of Si fertilization on growth and P nutrition of Bahiagrass // Proc. Soil Crop Sci. Florida. 2001. V. 60. P. 30-37.

30. Матыченков B.B., Аммосова Я.М., Бочарникова E.A. Влияние кремниевых удобрений на растения и почву // Агрохимия. 2002. № 2. С. 86-93.

31. Bocharnikova Е.А., Calvert D.V., Matichenkov V.V. Response of citrus to silicon soil amendment//Proc. Fla. State Hort. Soc. 2002. V. 114. P. 56-63.

32. Матыченков B.B., Бочарникова E.A. Использование некоторых отходов металлургической промышленности для улучшения фосфорного питания и повышения засухоустойчивости растений // Агрохимия. 2003. № 5. с. 42-47.

33. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A. New technologies for optimization and reduction of irrigation water application rates // Proc. Water Middle East-2003 Conf. Bahrain, 2003. P. 343-353.

34. Иванов A.A., Креславский В.Д., Шабнова Н.И., Бочарникова Е.А., Матыченков В.В., Кособрюхов А.А. Влияние NaCl на проростки пшеницы защитный эффект кремния // Труд. 5-й международной научно-практической конф. «Интродукция нетрадиционных и редких растений». Пос. Персиановский, 2004. Т. 3. С. 65-68.

35. Bocharnikova Е.А., Calvert D.V., Stoffelia P.J., Matichenkov V.V. New technology for agricultural waste utilization using Si-rich substances // Proc. Agron Environ 2004 Role of Multipurpose Agriculture in Sustainable Global Environment. Udine, Italy, 2004. P. 145-152.

36. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A., A.A.Kosobrukhov. Using Si fertilizers and soil amendments for reducing irrigation water application rate // Proc. Water Middle East -2004 Conf. Bahrain, 2004. P. 441-452.

37. Bocharnikova E.A., Matichenkov V.V. New technology for rehabilitation of salt-affected areas and increasing drought and salt plant tolerance // Proc. 13"1 Int. Soil Conservation Organization Conf. Brisbane, Australia, P. 249-258.

38. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A. (Eds.) Proc. Int. Conf. "Silicon in Food, Agriculture, and Environment". Pushchino, Russia, 2004. 33 c.

39. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A. Si in horticultural industry // Production Practices and Quality Assessment of Food Crops. V. 2 "Plant Mineral Nutrition and Pesticide Management". Amsterdam: Kluwer Academic publishers,

2004. P. 217-239.

40. Матыченков B.B., Бочарникова E.A. Защита растений от неблагоприятных факторов окружающей среды // Тр.4-го международного симп. «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». М.: Изд-во Российского университета дружбы народов, 2005. Т. 1. С. 316-318.

41. Матыченков В.В., Кособрюхов А. А., Шабнова Н.И., Бочарникова Е.А. Реакция растений на кремниевые удобрения при засолении почвы // Агрохимия.

2005. № 10. С. 59-63

42. Snyder G.H., Matichenkov V.V. Datnoff, L.E. Silicon // Handbook of Plant Nutrition. Massachusetts University Press, 2006. P. 551-568.

43. Матыченков B.B., Абишева 3.C., Бектурганов H.C., Бочарникова E.A. Кремниевые удобрения на основе отходов металлургических и химических промышленных предприятий //Докл. Национальной Академии наук Республики Казахстан. 2006. № 2. С. 27-31.

44. Matichenkov V.V., Biel K.Y. Silicon and defense system in living organisms. Hypothesis // Докл. XIII междун. симп. «Сложные системы в экстремальных условиях». Красноярск, 2006. С. 29-30.

45. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A. New technologies for reducing water irrigation rate, increasing plant salt resistance // Arab Water World (AWW). 2006. V. XXX. N7. P. 18.

46. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A. Si technologies for the golf course // Arab Water World (AWW). 2006. V. XXX. N 9. P. 26.

47. Бочарникова E.A., Матыченков B.B. Влияние активного кремния на подвижность кадмия в системе почва-растение // Труд. 2-й международной конф. «Современные проблемы загрязнения почв». Москва, 2007. Т. 1. С. 62-65.

48. Bocharnikova Е.А., Matichenkov V.V. New technology for reducing irrigation water application rate // Proc. 4th Int. Conf. "Water Middle East". Manama, Bahrain, 2007. CD. Ses. 6. Pap. 4.

49. Матыченков B.B. Градация почв по дефициту доступного растениям кремния // Агрохимия. 2007. №7. С. 22-31.

50. Абишева З.С., Бочарникова Е.А., Матыченков В.В., Каршигина З.Б Перспективы использования отходов металлургической и химической промышленности для решения проблем засухи и засоления почв // Химическая технология. М.: 2007. URSS, Т. 2. С. 283-285.

51. Бочарникова Е.А., Матыченков В.В. Влияние кремниевого мелиоранта на цитрусовые // Агрохимия. 2007. № 10. С. 39-45.

52. Бочарникова Е.А., Матыченков В.В. Кремниевые удобрения: прошлое, настоящее и будущее // Труд. II нац. конф. «Проблемы истории, методологии и философии почвоведения». Пущино, 2007. Т. 2. С. 397-400.

53. Матыченков В.В., Бочарникова Е.А. Методологические аспекты изучения подвижных соединений кремния в системе почва-растение // Труд. II нац. конф. «Проблемы истории, методологии и философии почвоведения». Пущино, 2007. Т. 2. С. 355-357.

54. Матыченков В.В., Кособрюхов А.А., Шабнова Н.И., Бочарникова Е.А. Кремниевые удобрения как фактор повышения засухоустойчивости растений // Агрохимия. 2007. № 5. С. 63-67.

55. Matichenkov V.V., Bocharnikova Е.А., Murgo F.F. Russian technologies for water saving in agriculture // Arab Water World (AWW). 2007. V. XXXI. N 2. P. 5253.

56. Матыченков B.B., Бочарникова E.A., Кособрюхов A.A., Биль К.Я. О подвижных формах кремния в растениях // ДАН РАН. 2008. Т. 418. № 2. С. 279281.

57. Biel K.Y., Matichenkov V.V., Fomina I.R. Protective role of silicon in living systems // In: Functional Foods for Chronic Diseases. Advances in the Development of Functional Foods, DM Martirosyan (Ed.), Copyright © by D&A Inc., Richardson, Texas, USA, 2008. V. 3. P. 208-231.

58 Biel KY., Fomina I.R., Yensen N.P., Matichenkov V.V., Nishio J.N., Nazarova G N., Soukhovolsky V.G., Khlebopros R.G. Complex biological systems: adaptation and tolerance to extreme environments, book, Singapur, 2008 (принята в печать).

59. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A., Yensen N.P., Biel K.Y. Redistribution and location of silicon within organs of saltgrass Distichlis spicata and Hordeum vulgare under high salinities, 2008 (подготовлена к печати).

Заказ №719. Объем 2 пл. Тираж 100 экз.

Отпечатано в ООО «Петроруш». г. Москва, ул. Палиха-2а, тел. 250-92-06 www.postator.ru

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Матыченков, Владимир Викторович

Введение.

1. Литературный обзор

1.1. Соединения кремния в природе.

1.2. Кремний в наземных системах.

1.2.1. Изучение биогеохимии кремния в грунтах и почвах.

1.2.2. Изучение кремния в растениях.

1.3. Биогеохимический цикл кремния.

1.4. Использование активных форм кремния на практике.

1.4.1. Виды кремниевых удобрений и почвенных мелиорантов.

1.4.2. Влияние кремниевых удобрений на плодородие почв и рост 41 растений

1.4.2.1. Прямое влияние кремниевых удобрений на растения.

1.4.2.2. Косвенное влияние кремниевых удобрений на растения.

2. Объекты и методы.

2.1. Методы исследования.

2.1.1. Определение монокремниевой кислоты и ее олигомеров.

2.1.2. Определение поликремниевых кислот

2.2. Методы определения кремния в растениях.

2.3. Другие методы, использованные для изучения растений.

2.3.1. Определение содержания хлорофилла и каротиноидов.

2.3.2. Прорастание семян.

2.3.3. Цитофотометрический анализ.

2.4. Растения.

2.5. Метод определения подвижных форм кремния в грунтах и почвах

2.6. Другие используемые методы.

2.7. Активные формы кремния.

2.8. Почвы и грунты.

3. Взаимодействия и миграция монокремниевой и поликремниевых кислот.

3.1. Формы подвижного кремния в наземных системах.

3.2. Лабораторные исследования взаимодействия моно- и поликремниевых кислот.

3.2.1. Стабильность поликремниевых кислот.

3.2.2. Образование поликремниевых кислот.

3.3. Миграционная способность монокремниевой и поликремниевых кислот.

3.3.1. Миграция растворимых кремниевых соединений из грунтов, эксперимент

3.3.2. Миграция растворимых кремниевых соединений из грунтов, эксперимент 2.

3.3.3. Миграция растворимых кремниевых соединений из грунтов, эксперимент 3.

3.3.4. Миграция растворимых кремниевых соединений в почвах.

3.3.5.Поведение кремниевых кислот при промерзании почв

3.4. Гели кремниевой кислоты и их способность к регенерации.

4. Кремний и тяжелые металлы.

4.1.Влияние низких концентраций кремния на подвижность тяжелых металлов.4.

4.2.Влияние высоких концентраций кремния на подвижность тяжелых металлов.

4.2.1. Прорастание семян.

4.2.2.Тепличные исследования на песчаном грунте.

4.2.3. Тепличные исследования на почве.

4.2.4. О направленности взаимодействия тяжелых металлов и монокремниевой кислоты в почвах.

5. Кремний и фосфор.

5.1. Термодинамические вычисления и лабораторные исследования

5.1.1. Влияние конкурирующей реакции.

5.1.2. Влияние монокремниевой кислоты на концентрацию металлов в насыщенном растворе

5.1.3. Расчет энергии Гиббса реакции замещения фосфат-аниона на силикат-анион.

5.2. Модельные эксперимента по вытеснению фосфат-анионов силикат-анионом.

5.3. Инкубационные и вегетационные исследования.

5.4. Полевые исследования взаимодействия кремния и фосфора в почвах.

6. Кремний и растения.

6.1. Поглощение кремния растениями.

6.2. Распределение и перераспределение кремния в растении.

6.3. Подвижные кремниевые соединения в растениях.

6.4. Влияние кремния на прорастание семян.

6.5. Влияние кремниевого питания на качество зерна следующей генерации.

6.6. Влияние кремния на рост и развитие корневой системы.

6.7. Влияние оптимизации кремниевого питания растений на содержание хлорофилла и каротиноидов.

6.8. Кремний и стрессы растений.

6.8.1. Токсикация тяжелыми металлами.

6.8.2. Солевой стресс.

6.8.2.1. Прорастание семян.

6.8.2.2.Вегетационные эксперименты.

6.8.3. Водный стресс.

6.8.4. Низкотемпературный стресс.

6.8.5. Гипотеза о механизме прямого влияния активных соединений кремния на защитную систему растений.

7. Цикл кремния в системе почва-растение.

7.1. Схема кремниевого цикла в системе почва-растение-микроорганизмы.

7.2. Классификация почв по обеспеченности доступного для растений кремнием.

7.3. Баланс кремния в системе почва-растение.

7.3.1. Серая лесная почва.

7.3.2. Бурая лесная почва.

7.4. Классификация кремниевых циклов в системе почва-растение

7.4.1. Почвы с аккумулятивным типом кремниевого цикла.

7.4.2. Почвы с элювиальным типом кремниевого цикла.

7.4.3. Цикл кремния в агросистемах.

7.4.4. Общая схема кремниевого цикла в биосфере.

8. Практическое применение.

8.1.Увеличение количества и улучшение качества сельскохозяйственной продукции.

8.1.1. Эксперименте рисом.

8.1.2. Эксперимент с сахарным тростником.

8.1.3. Эксперименте пшеницей.

8.1.4. Эксперимент с огурцами.

8.2. Защита растений от насекомых-вредителей.

8.3. Повышение засухоустойчивости растений и снижение расхода поливной воды.

8.4. Детоксикация тяжелых металлов.

9. Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Роль подвижных соединений кремния в растениях и системе почва-растение"

Актуальность проблемы. Понимание процессов, происходящих в отдельном живом организме и биосфере в целом, необходимо для более эффективного управления природными ресурсами и предотвращения экологических катастроф. Особую значимость при этом имеют элементы, выполняющие важные функции в фотосинтезирующих организмах и почвенно-растительных ассоциациях. Одним из наименее изученных макроэлементов в растениях и системе почва-растение считается кремний. И это при том, что он является вторым по распространенности (после кислорода) элементом Земной коры. Содержание кремния в разных растениях колеблется от 0,3 до 10% от сухой массы, а круговорот данного макроэлемента, осуществляемый фотосинтезирующими организмами в биосфере, по объему массопереноса уступает только углероду, кислороду и водороду. Невзирая на то что кремний поглощается растениями и почвенными микроорганизмами в количествах, часто превышающих величину поглощения азота, фосфора, калия и кальция, объем исследований, посвященных его роли в почвено-растительных ассоциациях крайне низок; участие кремния в физико-химических и биологических процессах фототрофных организмов ограничивается главным образом диатомовыми водорослями. К настоящему времени становится очевидным несоответствие между значимостью кремния в Природе и объемом имеющихся о его функциях знаний. Многие теоретические и практические вопросы, касающиеся полифункциональной роли кремния в растениях и почвах остаются практически не изученными.

Цель и задачи исследования. Основной целью исследований явилось определение основных форм соединений кремния в природе и их функций в растениях и системе почва-растение. Для выявления поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.

• Разработать высокоинформационные и простые в исполнении методы определения растворимых форм кремния в растениях, грунтах, почвах и природных водах.

• Изучить растворимые формы кремния и их локализацию в растениях.

• Определить роли и функции кремния в растениях.

• Изучить влияние растворимых форм кремния на соединения фосфора и тяжелых металлов.

Научная новизна работы. В диссертации впервые приведены экспериментальные данные, свидетельствующие о наличии механизма активного поглощения и направленного перераспределения кремния внутри растения, что обеспечивает его высокие концентрации в органах и тканях, подверженных стрессу любой природы. Выдвинута и, на примере растений частично подтверждена, гипотеза о наличии у живых систем универсального вспомогательного механизма стресс-защиты с участием матрицы поликремниевых кислот. Определены параметры, характеризующие кремниевый цикл в различных экосистемах. В зависимости от величины биогенного накопления кремния в почве, его физического, химического и биологического выноса из почвы предложено выделять аккумулятивный и элювиальный циклы кремния. Вычислены базовые параметры биогеохимических циклов кремния в различных экосистемах Планеты. Сформулирована гипотеза о формировании равновесия между моно- и поликремниевыми кислотами в водных системах посредством образования нестойких олигомеров кремниевой кислоты. Определены и обобщены основные механизмы взаимодействия кремниевых соединений с фосфором и металлами в системе почва-растение. Разработаны эффективные и простые в применении методы анализа подвижных форм кремния в растениях, грунтах, почвах и природных водах. Предложенные методические приемы позволяют получать принципиально новую информацию о содержании растворимых форм кремниевых соединений в природных образцах.

Практическая значимость. На основе полученных данных о роли подвижных соединений кремния в системе почва-растение был разработан комплекс технологий, позволяющих: 1) создавать новые высокоэффективные кремний-содержащие препараты для повышения устойчивости сельскохозяйственных растений к воздействию стрессов биогенной и абиогенной природы; 2) более эффективно использовать уже известные кремниевые удобрения и кремний-содержащие почвенные мелиоранты. Полученные данные нами были успешно использованы при разработке технологий снижения токсичности промышленных отходов и сельскохозяйственных препаратов с высоким содержанием тяжелых металлов. Экспериментально показано, что применение активных форм кремния позволяет контролировать подвижность тяжелых металлов и фосфора в грунтах, почвах, промышленных и сельскохозяйственных отходах.

Саламанка, 1993), Международной конференции «Устойчивое развитие: точка зрения неиндустриальных стран» (Коста-Рика, Сан Хосе, 1994), XVI Всемирном почвенном конгрессе (Мексика, Акапулько, 1994), Всемирном симпозиуме «Загрязнение больших городов» (Италия, Венеция/Падова, 1995), Международном симпозиуме «Почвы тропических лесов» (Индонезия, 1995), 5-ом симпозиуме Международного общества по исследованию корней растений (США, Клемсон, 1996), 4-ой Международной конференции «Регуляторы роста и развития растений» (Москва, 1997), Международной конференции «Проблемы антропогенного почвоведения» (Москва, 1997), 31-ой Средне-атлантической конференции по индустриальным и опасным отходам (США, Атлантик-сити, 1999), ежегодных совещаниях Американской ассоциации агрохимиков и Американской ассоциации почвоведов (США, Солт-Лейк-Сити, 1999; США, Миннеаполис, 2000), ежегодных совещаниях общества садоводов Флориды (США, Гейнцвилл, 1999; США, Форт Пирс, 2002), Международной конференции «Кремний в сельском хозяйстве» (США, Форт Лаудердейл, 1999), ежегодном совещании Американской ассоциации агрохимиков и Американской ассоциации почвоведов (США, Миннеаполис, 2000), ежегодном совещании Ассоциации агрохимиков и почвоведов Флориды, (США, Сант Люси, 2000), 7-ой международной конференции «Болотные системы и контроль за загрязнением воды» (США, Лейк Буэна Виста, 2000), ежегодных совещаниях Американского общества производителей сахарного тростника (США, Санкт Петербург, 2000; США, Батон Руж, 2001; 2002), Международном симпозиуме «Функции почвы в системе геосфера-биосфера» (Москва, 2001), 2-ой конференции «Б! в сельском хозяйстве» (Япония, Тсуруока, 2002), \/-ом и VI Международных симпозиумах «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Россия, Пущино, 2003; 2005), Международных конференциях «Вода Ближнего Востока 2003» (Бахрейн, 2003) и «Вода Ближнего Востока 2004» (Бахрейн, 2004), 13-ой Международной конференции по охране почв (Австралия, Брисбан, 2004), Международной конференции по управлению расходом поливной воды (Иордания, Мертвое море, 2004), конференции «Устойчивое использование земли» (США, Лейк Буена Виста, 2004), 5-ой Международной конференции «Интродукция нетрадиционных и редких растений» (Ростов-на-Дону, 2004), Международной конференции «Агро-окружающая среда 2004», (Италия, Удине, 2004), 8-ом и 9-ом Речных симпозиумах (Австралия, Брисбан, 2005; 2006), 2-ой Международной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2007), Международной конференции по химической технологии (Москва, 2007), 2-ой национальной конференции «Проблемы истории, методологии и философии почвоведения» (Пущино, 2007), 4-ой Всероссийской научной конференции «Гуминовые вещества в биосфере» (Москва, 2007).

1. Литературный обзор

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Матыченков, Владимир Викторович

9. Выводы

3. Растения способны активно поглощать монокремниевую кислоту через корневую систему и листовые пластины, а также обладают механизмом быстрого перераспределения кремния в зоны, подверженные стрессу. Транспорт кремния внутри растений осуществляется преимущественно в форме поликремниевых кислот. Концентрации растворимых соединений кремния в растительных тканях колеблются в широких пределах, от 30 до 500 мг 8¡/л клеточного сока для монокремниевой кислоты и от 80 до 8000 мг 8¡/л клеточного сока для поликремниевых кислот.

8. Основной поток вещества в биогеохимическом цикле кремния наземных экосистем осуществляется посредством миграции и трансформации монокремниевой и поликремниевых кислот в системе почва-растение. Содержание подвижных форм кремния в системе почва-растение зависит от ряда факторов, среди которых определяющими для монокремниевой кислоты является баланс кремния в растительной ассоциации, а для поликремниевых кислот - минералогический состав почвы, плотность и физико-химические характеристики твердой фазы грунтов и почв.

10. Выявлено два типа кремниевого цикла в системах почва-растение: аккумулятивный и элювиальный. Аккумулятивный цикл характеризуется превышением биогенного накопления кремния над его механическим, химическим и биологическим выносом из почвы. Элювиальный цикл отличает отрицательный баланс кремния в верхнем почвенном горизонте.

Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Матыченков, Владимир Викторович, Пущино

1. Авдонин Н.С. Агрохимия. М.: МГУ, 1982.

2. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975.

3. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. J1.:, 1980.

4. Алешин Н.Е. Содержание кремния в РНК риса. Доклады ВАСХНИЛ, 1982, п.6, с.6-7.

5. Алешин Н.Е. Кремниевое питание риса. Сельское хозяйство за рубежом, 1982, №6, с.9-14.

6. Алешин Н.Е. Особенности формирования урожая риса в зависимости от кремниевого питания. Автореф. кан. дис. с.-х. наук, М., 1982.

7. Алешин Н.Е. О биологической роли кремния у риса. Вестник с.-х. науки,1988, №10, с.77-85.

8. Алешин Н.Е., Авакян Э.Р. К вопросу о кремниевом обмене риса. Бюл. НТИ ВНИИ риса, Краснодар, 1978, вып.26, с. 16-20.

9. Алешин Н.Е., Авакян Э.Р. Взаимосвязь между качеством зерна, кремниевым обменом и реакцией на гибберелин у риса. Изв. вузов. Пищевая технология 1984, №4, с. 100-101.

10. Алешин Н.Е., Авакян Э.Р. Накопление кремнезема в различных частях зерновки риса. Изв. вузов СССР, Пищевая технология, 1985, №2, с. 12-14.

11. Алешин Н.Е., Авакян Э.Р., Алешин Е.П. Содержание кремния в ДНК риса. Докл. ВАСХНИЛ 1985, № 3, с. 14-15.

12. Алешин Н.Е., Авакян Э.Р., Алешин Е.П., Воронков М.Г. Питательная смесь для выращивания риса. 1984, SU А.с.№1099904. А. Открытия, изобретения. №24, c.l 1.

13. Алешин Н.Е., Авакян Э.Р., Лебедев Е.В. Стабилизация митохондрий риса кремнием. Докл. ВАСХНИЛ 1990, №2, с. 12-13.

14. Алешин Н. Е., Авакян Э.Р.,Дюкунчак С.А., Алешин Е.П., Барушок В.П., Воронков М.Г. Роль кремния в защите риса от болезней. Докл. Акад. СССР, 1987, т. 291, №2, с. 217-219.

15. Аммосова Я.М., Матыченков В.В. Кремнийй как элемент питания в системе "почва-растение". Тез. Всес. съезда почвоведов. Новосибирск,1989, т. 3, с.221.

16. Аммосова Я.М., Матыченков В.В. Формы миграции кремния в почвах и в системе почва-растение. Тез. IX Межд. симп. по биогеохимии окр. среды, 1989, М., с.44.

17. Аммосова Я.М., Матыченков В.В. Кремний и подвижные фосфаты почвы Химизация сельского хозяйства, 1990, № 1, с. 47-50.

18. Аммосова Я.М., Матыченков В.В. Подвижные формы соединений кремния в системе почва-растение. Тез. YI1 Всес. конф. По химии, технологии и практике примен. кремнийорганических соединений. Тбилиси, 1990, с.495.

19. Аммосова Я.М., Дьяков В.М. Матыченков В.В. и Чернышев Е.А. Использование соединений кремния в сельском хозяйстве. М.: Изд-во. Мин. Хим. Пром., 1990.

20. Аскинази Д.Л. Фосфатный режим почвы и известкование почв с кислой реакцией. М.-Л.: изд-во АН СССР, 1949.

21. Аскинази Д.Л., Санникова Н.М. Пути повышения на красноземе доступности растениям Р2О5. В кн. Новое в удобрении, М., Сельхозгиз, 1937, с.88-103.

22. Баба И. Сельское хояйство за рубежом. Растениеводство 1962, №10, с.22-31.

23. Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем северной Евразии. РАН Институт географии. М.: Наука, 1993.

24. Базилевич Н.И., Калашникова P.A., Ярилова Е.А. О накоплении аморфной кремнекислоты в почвах. Тр. Почв, ин-та им.Докучаева. 1954, т.44.

25. Базилевич Н.И., Родин Л.Е., Розов H.H. Биологическая продуктивность и круговорот химических элементов в растительных сообществах. Ресурсы биосферы, вып. 1., 1975, Л., с.5-33.

26. Балабко П.Н., Приходько В.Е., Аммосова Я.М. Биолиты кремнезема в растениях и некоторых лесных почвах. Биологические науки, 1980, № 12, с.92-96.

27. Баранов В.Ф. Геохимия. М.: Недра, 1985.

28. Бахнов В.К. Кремний дефицитный элемент питания на торфяных почвах. Агрохимия, 1979, №11, с. 119-124.

29. Башкин. В.Н. Биогеохимия. М.: Научный Мир. 2005.

30. Беркгаут В.В., Верба М.П. Выветривание силикатов в почвах и миграция кремния в речных и подземных водах гумидных областей. Почвоведение 1987, №1, с.88-97.

31. Боброва Е.К. Биогенный кремний в почвах сложного генезиса. Автореф. Кан. Дисс.,М.: МГУ, 1995.

32. Богомолов Г.В., Плетникова Г.Н., Татова Е.А. Кремнезем в термальных и холодных водах. М.: Недра, 1967.

33. Бочарникова Е.А., Матыченков В.В., Изменение содержания подвижных кремниевых соединений под воздействием сельского хозяйства, В кн.: Труды международной конференции «Проблемы антропогенного почвоведения». М., 1997, т.1, с. 122-126.

34. Бочарникова Е.А., Матыченков В.В. Влияние кремниевого мелиоранта на цитрусовые. Агрохимия, 2007, №10, с.39-46.

35. Борисов М.В. Экспериментальное исследование форм нахождения кремнекислоты в растворах. Автореф., кан. дисс. 1976, М., МГУ, 28 с.

36. Варшал Г.М., Драчева Л.А., Ксензенко В.И., Замкина М.С. Количественное определение различных форм кремнекислоты вповерхностных водах. Мат. XXV гидрохимического сов. Новочеркасск, Гидрометеоиздат, 1972, с. 33.

37. Варшалл Г.М., Драчева J1.B., Замокина Н.С. О формах кремнекислоты и методах их определения в природных водах. В сб. Химический анализ морских осадков. М., Наука, 1980, с. 156-188.

38. Васильева М.В. Отзывчивость растений ячменя и кукурузы на удобрение кремнием. Тр. Всес. науч.-техн. конф."Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия". М. 1988, с.38-39.

39. Вернадский В.И. Записки об изучении живого вещества с геохимической точки зрения. Изв. РАН. 1921, №15(1), с.120-123.

40. Вернадский В.И. Биосфера. JL: Хим. техн. из-во. 1926.

41. Вернадский В.И. Биогеохимическая роль алюминия и кремния в почвах. Докл. АН СССР, 1938, №21(3), с. 127-130.

42. Вернадский В.И. Очерки геохимии. М.:Наука, 1983.

43. Виноградов А.П. Химический элементарный состав организмов моря. Части 1, 2, 3. Тр. Биогеохимической лаборатории АН СССР, вып. 3, Л.- М., 1935.

44. Владимиров В.Л., Кирилов М.П., Фантин В.М. Обмен веществ и продуктивные качества бычков при скармливании комбикормов с цеолитом. Докл. РАСХН, 1998, №4, с. 38^10.

45. Водяницкий Ю.Н. Дефицит кремния в некоторых почвах и пути его устранения. Агрохимия, 1984, №8, с. 127-132.

46. Волкова В.В. Содержание кремния в почвенных расстворах и природных водах Русской равнины. В сб. Почвенно-биогеоценологические исследования центра Русской равнины, вып. 1, М., АН СССР, Инстиут агрохимии и почвоведения, 1980, с. 48-57.

47. Вольвач Ф.В., Третенник В.Ю., Тельбиз Г.И., Чуйко Н.Ф. Взаимодействие в системе метасиликат Na кислые фосфаты по данным ИК спектроскопии. Докл. АН УССР, 1987, Сер. Б, № 6, с.60-62.

48. Воронков М.Г., Зелчан Г.И., Лукевиц А.Ю. Кремний и жизнь. Рига, Zinatne, 1978.

49. Воронков М.Г., Кузнецов И.Г. Удивительный элемент жизни. Иркутск, Восточно-Сибирское изд., 1983.

50. Воронков М.Г., Скоробогатова В.И., Вугмейстер Е.К., Макарский В.В. Кремний в нуклеиновых кислотах. ДАН СССР, 1975, №220(3), с.723-725.

51. Высоцкий 3.3., Данилов В.И., Стрелко В.В. Свойства гелей поликремниевой кислоты и условия возникновения и развития жизни. Успехи современной биологии, 1967, №63(3), с. 362-379.

52. Высоцкий 3.3., Поляков В.М. Изменение пористой структуры силикагеля под влиянием парообразных формователей. Докл. АН СССР, 1959, т. 129, с. 831-834.

53. Гедройц K.K. Почвенные коллоиды и поглотительная способность почв. Избр. соч. М., 1955, т.1.

54. Гладкова К.Ф. Роль кремния в фосфатном питании растений. Агрохимия. 1982, №2, с. 133-144.

55. Гольева A.A. Фитолиты и их информационная роль в изучении природных и археологических объектов. Москва-Сыктывкар-Элиста, 2001.

56. Гольева A.A. Биогеохимия аморфного кремнезема в растениях и почвах. Почвы, биогеохимические циклы и биосфера. М.: Товарищество научных изданий КМК. (Ред.) Глазовский Н.Ф. 2004, с. 137-159.

57. Гольева A.A., Бобров A.A., Шоба С.А. Аккумуляция биогенного кремнезема в биогеоценозах средней тайги, Сыктывкар, 1987.

58. Горбачев Б.Ф. Механизм выветривания алюмосиликатов и синтеза минералов группы каолинита. Кора выветривания, 1983, Вып. 18, С.

59. Градусов Б.Н. Минералы со смешанной структурой в почвах. 1976, М., Наука, 128 с.

60. Демкин В.А. Палеопочвоведение и археология. Пущино ОНТИ ИЦБИ РАН, 1997.

61. Дзикович К.А., Кожемяко З.В., Андреев В.И., Чиннова Л.Б. Агрохимическая оценка белитового шлама как химического мелиоранта кислых почв. Агрохимия, 1993, №2, с.73-80.

62. Добровольский Г.В. Значение почв в сохранении биоразнообразия, Почвоведение. 1996. № 6. с. 694-698.

63. Добровольский Г.В., Бобров A.A., Гольева A.A., Шоба С.А. Опаловые фитолиты таежного биогеоценоза средней тайги. Биологические науки, 1988, №2, с.96-101.

64. Драчева Л.В. Изучение состояния кремнекислоты в модельных и технологических растворах и поверхностных водах. Автореф. кан. дисс. М. МИТХТ, 1975.

65. Драчева Л.В., Варшал Г.М., Ксенценко В.И. 1974. О полимеризации кремнекислоты в природных водах. Тр. МИТХТ, №1, с.20-24.

66. Дьяков В.М., Матыченков В.В., Чернышев Е.А., Аммосова Я.М. Соединения кремния в сельском хозяйстве. 1990. М.: Изд-во. Мин. Хим. Пром., 1990, 32 с.

67. Елишев Е., Иванов А.Л., Садвакасов С.К. Изучение влияния совместного внесения фосфорных и кремнийсодержащих удобрений на фосфатный режим основных типов почв Казахстана. Агрохимия, 1990, №10, с.35-42.

68. Ермолаев A.A. Кремний в сельском хозяйстве. Химия в сельском хозяйстве 1987, №25(6), с. 45-47.

69. Ермолаев A.A. Применение цеолитов в сельском хозяйстве. Агрохимия, 1987, №5, с.39-43.

70. Ермолаев А.М., Ширшова Л.Т. Продуктивность и функциональность многолетнийх сеянных лугов при различном управлении. Почвоведение, 1994, № 12, с. 97-105.

71. Ефимова Г.В., Декучан С.А. Анатомо-морфологическое строение эпидермиса листьев риса и повышение его защитной функции под влиянием кремния. С.х. биология. 1986, № 3, с. 57-61.

72. Жалаб Б. Е. Формы соединений кремния, алюминия, железа и марганца в орошаемых почвах солонцового комплекса южного Заволжья. Автореф. дис. канд. с.-х. наук. M., ТСХА,1992.

73. Звягинцев А.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: Издательство МГУ, 2005.

74. Зонн C.B. Тропическое почвоведение. М. Изд-во. УДН, 1986.

75. Иванова E.H.и Полынцев O.A. К вопросу о генезисе подзолов с гумусовым иллювиальным горизонтом на продуктах выветривания нефелиновых сиалитов Хабинского массива. М. Изд-во АН СССР, 1936, сб. 1.

76. Игнатьев H.H., Гречин П.И., Кобяков A.A. Влияние вулканических пород на поглощение кислорода тепличным грунтом и корнями огурца. Изв. ТСХА. 1994 а, вып.З, с.92-99.

77. Игнатьев H.H., Гречин П.И., Кобяков A.A. Влияние осадочных пород на поглощение кислорода тепличным грунтом и корнями огурца. Изв. ТСХА. 1994 б, вып. 4, с. 76-83.

78. Кинтаналья М.Г.Ф. Влияние разового внесения кремнийсодержащего шлама на свойства темно-каштановых почв под рисом на юге Украины. Автореф., кан.дис. с.-х. наук, Унив. Дружбы народов, М., 1987.83. Кирсанов

79. Клечковский В.М., Владимиров A.B. Химизация социалистического земледелия, 1934, №7, с.55

80. Климашевский Э.Л., Чернышева Н.Ф. Реакция различных сортов злаковых культур на уровень корневого питания и содержание в растениях кремния. Доклады ВАСХНИЛ, 1981, № 3, с 5-7.

81. Князькова И.С. Исследование состояния кремнезема в водных растворах // Автореф. канд. дисс. МГУ, 1974.

82. Кобата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. М., Мир, 1989.

83. Ковда В.А. К вопросу о движении и накоплении кремнезема в засоленных почвах. Тр. Почв. Ин-та им. Докучаева, 1940, т. 22(1).

84. Ковда В.А. Минеральный состав растений и почвообразование. Почвоведение, 1956, №1, с.6-38.

85. Ковда В.А. Основы учения о почвах. М.: Наука, 1973, 2 т.

86. Ковда В.А. Проблемы защиты почвенного покрова и биосферы планеты. Пущино. 1983.

87. Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. М., Наука, 1985.

88. Ковда В.А., Родэ О.Д. Вторичный кварц в продуктах выветривания в пустынях Египта. Почвоведение, 1967, №10, с.139-141.

89. Ковда В.А. Трубин А.И. О влиянии гуминовых кислот на синтез минерала монтмориллонитовой группы. Почвоведение, № 2, 1977.

90. Ковда В.А., Трубин A.M., Золотарева Б.Н., Пиунова В.В., Губин C.B. Современная гидрогенная аккумуляция кремниевых соединений в почвах Восточной Африки. Почвоведение, 1978, № 9, с. 45-53.

91. Колесников М.П., Гинс В.К. Формы кремния в лекарственных растениях. Прикладная биохимия и микробиология, 2002, т.37, №5, с.616-620.

92. Комисаров И.Д., Панфилова JI.A. Способ получения медленно действующих удобрений. A.c. 1353767, Заявл. 15.05.84, опубл. в Бюл. изобретений 1987, № 4.

93. Кононова М.М., Александрова И.В., Титова H.A. Разложение силикатов органическими веществами почвы. Почвоведение, 1964. №10. С. 1-12.

94. Корляков A.C., Першин Б.М., Хохлюк А.П. Оценка влияния кремниевых удобрений на свойства почв и продуктивность риса. Владивосток, Дальневосточный н.-и. ин-т гидротехники и мелиорации, 1996.

95. Кошельков П.Н. Влияние золя гуминовой кислоты, гумата натрия и коллоидной кремнекислоты на подвижность Р2О5 почв и фосфорных удобрений. Почвоведение, 1938, №2, с. 163-180.

96. Кривовязов E.JI., Пархуць И.Н. Фосфошлаки как удобрение. Химизация сельского хозяйства, 1990, №5, с.54-55.

97. Крупеников И.А. История почвоведения. М.: Наука, 1971.

98. Крылов А. Подзол Могилевской губ. и происхождение его и растительных биолитов Эренберга вообще. Зап. имп. мин. об-ва, 1873, 2-я серия, ч.8.

99. Кудинова Л.И. Влияние кремния на вес растений ячменя. Агрохимия, 1974, №.1, с. 142-144

100. Куликов A.M. Генетически-модифицированные организмы и риски их использования. Физиология растений, 2005. т. 52, № 1, с. 115-128.

101. Куликова А.Х., Яшин Е.А., Данилова Е.В., Юдина И.А., Доронина О.С., Никифорова С.А. Влияние диатомита и минеральных удобрений на урожайность и качество корнеплодов сахарной свеклы. Агрохимия, 2007, №6, с. 27-31.

102. Кутузова P.C. Освобождение растительного кремнезема и SÍO2 минералов при минерализации растительного опада. Почвоведение, 1969, №5, с.56-66.

103. Кутузова P.C. Превращение кремнезема растительных остатков в процессе их минерализации. Почвоведение, 1968, №7, с.119-127.

104. Кцоева Б.К., Ермолаев A.A. Кремний, почва, урожай. Орджоникидзе. Из-во "Ир". Горский СХИ. 1990.

105. Либих Ю. Химия в приложении к земледелию. С.-Пб., 1864.

106. Литкевич C.B. Влияние кремнекислоты на развитие растений. Тр. ЛОВИУАА, 1935, вып. 39, с.41-69.

107. Литкевич С. В. Влияние кремнекислоты на развитие растений. Сообщение второе. По вопросам фосфатных и калийных удобрений и известкования. Л., 1936, с.29-53.

108. Малахидзе А.З., Квалиашвили В.Р., Цицишвили Г.В., Андроникашвили Т.Г., Майсурадзе Г.В., Хуцишвили Т.И., Квривишвили З.У. Способ получения органо-минерального удобрения на основе навоза и цеолита. A.c. 1240757, 1985.

109. Матыченков В.В. Аморфный оксид кремния в дерново-подзолистой почве и его влияние на растения. Автореф. кан. дис. М., МГУ, 1990.

110. Матыченков В.В., Аммосова Я.М. Исследование аморфного оксида кремния в качестве удобрения. Тр. X конф. молодых ученых. 1989, М., МГУ с.58-59.

111. Матыченков В.В., Аммосова Я.М. Соединения кремния как экологически чистое удобрение. Тр. X конф. молодых ученых МГУ, 1989, М. МГУ, с.58.

112. Матыченков В.В., Аммосова Я.М. Кремнезем и подвижность фосфатов в почве. Химизация сельского хозяйства, 1990, №1, с.47-49.

113. Матыченков В.В., Аммосова Я.М. Соединения кремния как экологически чистые удобрения. Тез. YII Всес. конф. По химии, технологии и практике применения кремнийорганических соединений. Тбилиси, 1990, М., с.503.

114. Матыченков В.В., Аммосова Я.М. Влияние аморфного кремнезема на некоторые свойства дерново-подзолистых почв. Почвоведение, 1994, № 7, с. 52-61.

115. Матыченков В.В., Пинский Д.Л., Бочарникова Е.А. Влияние механической плотности почв на состояние и формы доступного кремния. Почвоведение, 1994, .№ 11, с. 71-76.

116. Матыченков В.В., Шнайдер Г. С. Подвижные соединения кремния в некоторых почвах юга Флориды. Почвоведение, 1996, № 12, с. 1448-1453.

117. Матыченков В.В., Аммосова Я. М., Бочарникова Е.А. Метод определения доступного для растений кремния в почвах. Агрохимия, 1997, №1, с.76-84.

118. Матыченков В.В., Бочарникова Е.А., Дьяков В.М., Почвенный кондиционер, Патент Российской Федерации, N 2122903, 1997.

119. Матыченков В.В., Бочарникова Е.А., Дьяков В.М., Комплексное кремний-фосфорное удобрение. Патент Российской Федерации, N 2130445, 1997.

120. Матыченков В.В., Аммосова Я. М., Бочарникова Е.А Влияние кремниевых удобрений на растения и почву. Агрохимия, 2002, № 2, с. SO-SS.

121. Матыченков В.В., Бочарникова Е.А. Использование некоторых отходов металлургической промышленности для улучшения фосфорного питания и повышения засухоустойчивости растений. Агрохимия, 2003, № 5, с. 5056.

122. В.В.Матыченков, А. А. Кособрюхов, Н.И.Шабнова, Бочарникова Е.А. Реакция растений на кремниевые удобрения при засолении почвы. Агрохимия, 2005, № 10, с. 1-7.

123. Матыченков В.В., Абишева З.С., Бектурганов Н.С., Бочарникова Е.А. Кремниевые удобрения на основе отходов металлургических и химических промышленных предприятий. Доклады национальной академии наук республики Казахстан, 2006, № 2, с. 27-31.

124. Матыченков B.B. Градация почв по дефициту доступного растениям кремния. Агрохимия, 2007, №7, с. 22-30

125. Матыченков В.В., Бочарникова Е.А., Кособрюхов A.A., Биль К. Я. О подвижных формах кремния в растениях. Докл. РАН, 2008, №418(2), с.279-281.

126. Мацюк В.И. Механизмы растворения кремния и извлечения его из растворов в природных условиях. Геохимия, 1972, № 9, с.1133-1136.

127. Медведев С.С. Физиология растений. Изд-во С.-Петербургского университета. 2004. 336 с.

128. Менделеев Д.И. Основы химии, вып. 3, С.-Петербург, Типография тов. "Общественная польза", 1870, 392 с.

129. Методы комплексного изучения фотосинтеза, Выпуск 2, Л., BACH и ВНИИР, 1973,299 с.

130. Минеев В.Г. Химизация земледелия и природная среда. М. Агропромиздат. 1990.

131. Мотузова Г.В. Принципы и методы почвенного химического мониторинга, М., МГУ, 1988.

132. Мохамед Абу Вали Значение кремния и железа в слитогенезе почв. Вест. МГУ, Сер. 17, Почвоведение, 1987, № 1, с. 72-75.

133. Мустафаев Ю.Х. Эффективность минеральных удобрений на фоне цеолита под озимым ячменем на эродированных горных серо-коричневых почвах юго-восточного склона Большого Кавказа. Автореф. кан. дисс., АН

134. Аз.ССР, Ин-т почвоведения и агрохимии, Баку, 1990.

135. Назаров А.Г. Биогеохимический цикл кремнезема. Биогеохимические циклы в биосфере, (ред.) Ковда В.А., М. Наука, 1976, с. 199-257.

136. Наумов Г.В., Рыженко Б.Н., Ходаковский И.Л. Справочник термодинамических величин, 1972.

137. Нелидов С.Н. Влияние соломы на микробиологическую активность почвы и урожайность риса. Кан.дисс., кан. биол. наук, Алма-Ата, 1980.

138. Никитин В.И. Почвенные растворы. Казань, Типография Университета, 1910.

139. Новороссова Л.Е. О биологическом накоплении кремнекислоты в почвах еловых лесов. Почвоведение, 1951, № 2, с. 115-118.

140. Одум Ю.П. Экология. М.: Мир, т. 2, 1986.

141. Олиер К. Выветривание. М.: Недра, 1990.

142. Орлов Д.С. Химия почв. М.: МГУ, 1985.

143. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: МГУ, 1990.

144. Панов Н. П., Гончарова H.A., Оконский А.И., Родионова Л.П.Особенности накопления и распределения гидрофильных кремниевых соединений в солонцах Заволжья. Почвоведение, 1989, № 5, с.27-38.

145. Панов Н. П., Гончарова H.A., Родионова Л.П. О роли кремниевых соединений в формировании иллювиальных горизонтов солонцов. Изв. ТСХА, 1979, вып. 1,с. 82-92.

146. Панов H. П., Гончарова H.A., Родионова JI.П. Роль аморфной кремниевой кислоты в явлениях солонцеватости почв. Вестн. с.-х. науки, 1982, №11, с. 18-27.

147. Панов Н.П.,Гончарова H.A., Родионова Л.П., Оконский А.И. Водорастворимые кремниевые соединения как фактор стабилизации дисперсных систем солонцов. Управление плодородием почв в условиях интенсивного их использования. M., 1992, с. 115-120.

148. Панов Н.П., Рыбакова Б.А., Шафирян Е.М., Гончарова H.A. Использование активированного угля при определении железа, алюминия и кремния, связанных с гумусовыми веществами в солонцовых почвах. Изв. ТСХА, 1984, №2, с. 75-79.

149. Патрикеев В.В., Смирнова З.С., Максимова Г.И. Некоторые биологические свойства спецефически сформированного силикагеля. ДАН, 1962, т. 146(3), с. 707-709.

150. Петербургский A.B. Агрохимия и система удобрений. М.: Колос, 1967.

151. Петербургский A.B. Фосфор в почве и фосфорное питание. Пущино, 1980, препринт.

152. ПлюснинаИ.И. Метаморфические реакции низкотемпературного кремнезема в земной коре. М.: МГУ, 1980.

153. Пономарева В.В. Теория подзолообразовательного процесса. М.-Л.: Наука. 1964.

154. Потатуева Ю.А. О биологической роли кремния. Агрохимия, 1968, № 9, с. 111-116.

155. Потусиева З.П. Практикум по цитологии растений. М. Колос, 1970

156. Приходько В.Е. Формы соединений кремния в почвах элювиального ряда (на примере Восточно-Европейской фации). Автореф.кан.дисс. М.:МГУ, 1979.

157. Приходько В.Е., АммосоваЯ.М. Состав механических фракций почв в связис миграцией кремнезема. Почвоведение, 1979, №8, с. 43-53.

158. Просянникова О.И. Использование цеолита для очистки почв от пестицидов. Химия в сельском хозяйстве, 1994, № 5, с. 4-5.

159. Ратнер Е.И. Применение природных силикатов-отходов горно-рудной промышленности и некоторых металлургических шлаков в качестве удобрений. В кн. Новое в удобрении, вып. 2, М.: Сельхозгиз, 1937, с. 110128.

160. Родионова Л.П. Формы и закономерности освобождения кремния из минералов и растительных остатков. Докл. ТСХА 1979. Вып. 248, с. 144152.

161. Розанов А.Б., Розанов Б.Г. Экологические последствия антропогенного изменения почв. Итоги науки и техн. ВИНИТИ. Ср. Почвоведение и агрохимия, 1990.

162. Рочев В.А. Влияние кремниевых удобрений на плодородие почв. Плодородие и рациональное использование почв Нечерноземья: межвуз. сб. науч.тр. Пермь, Пермский с.-х. ин-т, 1988, c.l 11-118.

163. Рочев В.А., Барсукова Г.А. Влияние кремнийгельсодержащего удобрения на содержание подвижных форм кремния и фосфора в почве и накопление их в растениях. Сибирский вестник с.х. наук, 1984, №3. с. 1-6.

164. Рудакова Т.А., Воробьева Л.А., Новых Л.Л. Методические указания по рассчету растворимости труднорастворимых соединений. М., МГУ, 1986

165. Савич В.И., Наумова Л.М., Муради И.М. Прогнозирование превращения фосфатов в дерново-подзолистой почве по состоянию катионов Са, Ре и А1. Изв. ТСХА. Вып. 5, 1987, с. 85-92.

166. Сказкин Ф.Д., Ловчиновская Е.И., Миллер М.С., Аникеев В.В. Практикум по физиологии растений. М., «Советская наука», 1958, 339 с.

167. Соколова Т.А. Глинистые минералы в почвах гумидных областей СССР. Новосибирск, Наука, 1985.

168. Сотникова Н.С. Миграция аморфных соединений кремния и обменных кальция и магния в заболоченных почвах Приневской низменности. Вестн. ЛГУ, 1984, №12, с. 66-73.

169. Стрелко В.В., Ганюк Л.Н., Качкурова И.Я., Высоцкий 3.3. Поликонденсация ацетатальдегида на дегидротируемом геле кремниевой кислоты. Докл. АН СССР, 1962, т. 145, № 6, с. 1297-1300.

170. Стрелко В.В., Гущин П.П., Высоцкий 3.3. О взаимодействии некоторых аминосоединений с дегидротируемым силикагелем. Докл. АН СССР, 1963, т. 153, № 3, с.619-621.

171. Сулейманов И.С. Отходы горно-рудной промышленности в качестве микроудобрений. Химия в сельском хозяйстве, 1988, №.11, с. 70-71.

172. Сюндюкова Э.Х., Джакишев Е.Г., Чабанов Н.С., Щербаков В.Д. Фосфошлак на полях Казахстана. Химия в сельском хозяйстве, 1993, №.3-4, с.13-14.

173. Тавровская О.Л. Об использовании отходов металлургической промышленности. Химизация сельского хозяйства, 1992, №.4, с.55-61.

174. Тавровская О.Л. Роль кремния в почвах и растениях. Химизация с. х. 1992, №2, с. 103-106.

175. Тарановская В.Г. Химическая мелиорация почв. Советские субтропики, 1939, №.2-3, с. 19-30.

176. Тарановская В.Г. Силикатирование субтропических питомников и плантаций. Советские субтропики, 1939, № 7, с. 32-37.

177. Тарановская В.Г. Значение силикатирования для цитрусовых, тунга и сидератов. Советские субтропики, 1940, № 5, с. 38-43.

178. Тейт Р. Органическое вещество почвы. М.: Мир, 1991.

179. Тюрин И.В. О биологическом накоплении кремнекислоты в почвах. Проблемы совет, почвоведения. 1937, Сб.З. с.29-35.

180. Усов Н.И. О биологическом накоплении кремнезема в почвах. Почвоведение, 1943, № 9-10, с. 57-61.

181. Фотиев В.А. К природе водного гумуса. Докл. АН СССР, 1971, т. 1199, №1, с. 198-201.

182. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы, М.: Альянс, 2004.

183. Черепанов К.А., Черныш Г.И., Динельт В.М., Сухарев Ю.И. Утилизация вторичных материальных ресурсов в металлургии. М., Металлургия, 1994.

184. Швейкина Р.В. Влияние кременегель содержащих удобрений на обменную адсорбцию катионов.Свойства почв и рациональное использование удобрений межвуз. Сб, Пермь, 1986, с.54-56.

185. Швейкина Р.В., Рочев В.А. Влияние кремнегеля на поглотительную способность почв. Тр. Свердловского СХИ, т. 54, Свердловск, 1979, с.89-92.

186. Царев А.П., Коюда С.П., Чиженьков В.Н. Влияние цеолитов на продуктивность. Кукуруза и сорго, 1995, № 4, с. 15-16.

187. Цилу Б.К. Эффективность использования природных цеолитов при возделывании земляники с целью повышения ее продуктивности и снижения уровня загрязнения тяжелыми металлами. Автореф. кан. дис., Рос. Акад. С.Х. наук, Ин.-т. Нечерноземной полосы. М., 1992.

188. Яцинин Н.Л. Высокомолекулярная химия в вопросах почвоведения. Изв. АН КазССР, сер. биол. 1976, №1, с. 38-47.

189. Яцинин Н.Л. Коллоидно-высокомолекулярные системы солонцов северного Казахстана. Автореф. Док. Дисс., Ташкент, 1994.

190. Adatia М.Н., Besford R.T. The effects of silicon on cucumber plants grown in recirculating nutrient solution. Ann.Bot. 1986, v.58, p. 343-351.

191. Ahmad R, Zaheer S, Ismail S. Role of silicon in salt tolerance of wheat (Triticum aestivum L.). Plant Sci., 1992, v. 85, p. 43-50.

192. Agarie S., Agata W., Kubota F., Kaufman P.B. Physiological roles of silicon in photosynthesis and dry matter production in rice plants. Japan J. Crop Sci., 1992, v.61,p.200-206.

193. Al-Zubari W.K. Towards the establishment of a total water cycle management and re-use program in the GCC Countries. In: Water in the Arabian Peninsula, Problems and Policies, Mahdi K.A. (ed), 1997. Ithaca Press, p. 255-273.

194. Adriano D.C. Trace Elements in the Terrestrial Environment. New York, NY: Springer-Verlag, 1986.

195. Aitken R.L., Campoell D.J., Bell L.C. Properties of Australian fly ashes relevant to their agronomic utilization. Austral. J. Soil Res., 1984, v.22, n.4, p.443-453.

196. Akimoto, S. Varietal differences of the adsorption of silicic acid and nitrogen in relation to the resistance to blast in rice plants. Agri. & Hort, 1939, v. 14, p. 2179-2210.

197. Alexandre A., Meunier J. D., Colin F., Koud J. M. Plant impact on the biogeochemical cycle of Si and related weathering processes. Geochem et Cosmo Chem. Acta, 1997, v. 61, p. 677-682.

198. Amarasiri S.L., Wickramasingke K. Use of rice straw as a fertilizer material. Tropical Agriculturist, 1977, v. 133, p. 39-49.

199. Anderson D.L. Soil and leaf nutrient interactions following application of calcium silicate slag to sugarcane. Fertilizer Research, 1991, v. 30, p. 9-18.

200. Anderson D.L., Matichenkov V.V., Snyder G.H. Silicon in the soil and plant (Part II), Sugar Journal, 1995, June, p. 8-10.

201. Anderson D.L., Snyder G.H., Martin F.G. Muti-year response of sugarcane to calcium silicate slag on Everglades Histosols. Agron J., 1991, v. 83, p. 870-874.

202. Ande B., Ande P., Bocharnikova E.A., Calvert D.V. Matichenkov V.V. Effect of Si-rich slag and lime on P leaching in sandy soil. J. Am. Soc., Sugarcane Technol, 2002, v. 22, p. 9-15.

203. Aston S.R. Silicon Geochemistry and Biogeochemistry, Academic Press, N.Y. 1985.

204. Aston M.J., Jones M.M. A study of the transpiration surfaces of Avena sterilis L. var. algerian leaves using monosilicic acid as a tracer for water movement. Planta, 1976, v. 130, n.2, p. 121-129.

205. Ayres A.S. Calcium silicate slag as a growth stimulator for sugarcane on low silicon soils. Soil Sci., 1966, v. 101, n.3, p.216-227.

206. Banerjee A.K., Laya Mimo M.S., Vera Vegas W.J. Silica gel in organic synthesis. Russian Chemical Reviews, 2001, v. 70, n. 11, p. 971-990.

207. Barcelo J., Guevara P., Poschenrieder Ch. Silicon amelioration of aluminum toxicity in teosinte (Zea mays L. ssp. mexicana). Plant Soil, 1993, v. 154, n.l, p.249-255.

208. Bartoli F. Biogenic silica as major factor on pedogenetic migration process in aerated acid soils (east of France). In Soil Site Factor Forest Temp, and Cool Zones. Proc. Symp., Zvolen, 1977, Zvolen, 1977, v.l, p.32-34.

209. Berzelius J. Lenrbuch der chemie. Dresden-Leipzig, 1839.

210. Basile-Doelsch I., Meunier J. D., Parron C. Another continental pool in the terrestrial silicon cycle. Nature, 2005, v. 433, p. 399-402.

211. Belanger R.R., Bowen P.A., Ehret D.L., Menzies J.G. Soluble silicon: its role in crop and disease management of greenhouse crops. Plant Dis., 1995, v. 79, n. 4, p.329-336.

212. Belanger R.R. The role silicon in plant-pathogen interaction: toward universal model. In: III Silicon Agricultural conference. (Ed.) Korndorfer G.H., October 22-26, 2005, Umberlandia, Universodade Federal de Uberlandia, 2005, p. 3440.

213. Biochemistry of Silicon and Related Problems Nobel Foundation Sym. 40, Plenum press, N.Y. & London, 1978.

214. Birchall J.D., Exley C., Chappell J.S. Acute toxicity of aluminium to fish eliminated in silicon-rich acid waters. Nature, 1989, v. 338, n.6211, p. 146.

215. Bocharnikova E.A. The increase of plant drought-resistance of air pollution influence, in proceedings of World-wide Symposium Pollution in large cities, Italy, Venece/Padova, 1995, 215-220

216. Bocharnikova E.A., Matichenkov V.V., Pinsky D.L. The influence of soluble silica acids on behavior of heavy metals in soil and natural waters. In: Proceedings of World-wide Symposium Pollution in large cities. Italy, Venece/Padova, 1995, p. 43-51.

217. Bocharnikova E.A., Matichenkov V.V., G.H. Snyder. Technology for restoration of hydrocarbon polluted soils. In: 31th Mid-Atlantic Industrial and Hazardous Waste Conference. Atlantic-city, NY, 1999, p. 169-179.

218. Bocharnikova E.A., Calvert D.V., Matichenkov V.V. Response of citrus to silicon soil amendment. Proc. Fla. State Hort. Soc., 2002, v.l 14, p. 56-63.

219. Boe H.D., McAllister, T.A., Kokko E.G., Leggett F.L., Yankee L.J., Jakober K.D., Ha J.K., Shin H.T., Cheng K.J. Effect of silica on colonization of rice straw by ruminal bacteria. Animal feed Sci. and Tehnol., 1997, v.65, n.1-4, p. 165-182.

220. Bowen P., Menzies J. Ehret D., Samuel L., Glass A.D.M. Soluble silicon sprays inhibit powdery mildew development on grape leaves. J. Am. Soc. Hortic. Sc., 1992, v.l 17, n.6, p.906-912.

221. Brummer F. Living inside a glass box silica in Diatoms. In: Silicon Biomineralization. (ed) Muller W.E.G., Springer. Berlin, Germany, 2003, p. 3-10.

222. Caliot G., Maurette M., Pottier L., Dubois A. Biogenic etching of microfractures in amorphous and crystalline silicates. Nature, 198, v.328(6126), p.147-149.

223. Calvert S.E. Deposition and diagenesis of silica in marine sediments // Special publication of the Int. Assos. Sedimentologysts, 1974, n 1, p. 273-299.

224. Campbell K.L., J.S. Rogers, and D.R. Hensel Drainage water quality from potato production. Trans. ASAE, 1985, v. 28, p. 1798-1801.

225. Carlisle E.M. Silicon. Essential element for the chick. Science (Wash. D.C.), 1972, v. 178. p. 154-156.

226. Carlisle E.M. Silicon. Biochem. Elem. (Biochem Essent Ultratranc Elem), 1984, v. 3, p. 257-291.

227. Carlisle E.M. Silicon as a trace nutrient. The Sci. of Total Enviroment, 1988, v. 73, p. 1-2.

228. Carlisle E.M. Silicon. In: Handbook of nutritionally essential mineral elements. (Eds.) O'Dell B.L. and Sundle R.A. Marcel Dekker, New York, 1997, p. 603618.

229. Carver T.L.W., Zeyen R.J., Ahlstrand G.G. The relation between insoluble silicon and success or failure of attempted penetration by powdery mildew

230. Erysiphe graminis) germlings on barley. Physiol. Plant Pathol., 1987, v.31, p. 133-148.

231. Cherif M., Asselin A., Belanger R.R. Defense responses induced by soluble silicon in cucumber roots infected by Pythium spp. Phytopathology, 1994, v. 84, p. 236-242.

232. Cherif M., Belanger R.R. Use of potassium silicate amendments in recirculating nutrients solution to suppress Pythium ultimum on long English cucumber. Plant Dis., 1992, v. 76, p. 1008-1011.

233. Cherif M., Menzies J.G., Ehret D.L., Bogdanoff C., Belanger R.R. Yield of cucumber infected with Pythium aphanidermatum when grown with soluble silicon. Hort. Sci., 1994, v.29, n.8, p.896-897.

234. Cid M.S., Detling J.K., Brizuela M.A.,Whicker A.D. Patterns in grass silicification: response to grazing history and defoliation. Oecologia, 1988, v. 80, p. 268-271.

235. Datnoff L.E., Raid R.N., Snyder G.H., Jones D.B. Evaluation of calcium silicate slag and nitrogen on brown spot, neck, and sheath blight development on rice. Biological and Cultural tests for Control of Plant Diseases. 1990, n.5, p.65.

236. Datnoff L.E., Raid R.N., Snyder G.H., Jones D.B. Effect of calcium silicate slag on blast and brown spot intensities and yields of rice. Plant Dis., 1991, v.75, p.729-732.

237. Datnoff L.E., Snyder G.H., Deren C.W. Influence of silicon fertilizer grades on blast and brown spot development and on rice yields. Plants Dis. 1992, v.76, p.1011-1013.

238. Datnoff L.E., Deren C.W., Snyder G.S. Silicon fertilization for disease management of rice in Florida. Crop Protec., 1997, v. 16, n.6, p.525-531.

239. Davy H. J. Natur. Phylos. Nicholson A., 1799. ed. 3, p. 138.

240. Davy H. The elements of Structural Chemistry. London, 1813.

241. Dean J.L., Todd E.H. Sugarcane rust in Florida. Sugar Journal, 1979, 42, p. 10.

242. DeDatta S.K. Principles and practices of rice production. John Wiley & Sons. New York, USA, 1981.

243. Deren C.W., Datnoff L.E., Snyder G.H. Variable silicon content of rice cultivars grown on everglades histosols. J. of Plant Nutr., 1992, v. 15, n.l 1, p.2363-2368.

244. Deren C. W., Datnoff L.E., Snyder G.H., Martin F.G. Silicon concentration, decease response and yield components of rice genotypes grown on flooded organic Histosols. Crop Sci., 1994, v.34, p.733-737.

245. Dietzel M. Dissolution of silicates and the stability of polysllicic acid. Geochim. Cosmochim Acta. 2000, v. 64(19), p. 3275-3281.

246. Dietzel M. Interaction of polysilicic and monosilicic acid with mineral surfaces. In: Water-Rock Interaction. (Eds.) Stober and K. Bucher, 2002, p. 207-235.

247. Djamin A.S., Pathak M.D. Role of silica in resistance to asiatic rice borer, Chilo suppresalis (Walker), In rice. J. of Economic Entomology, 1967, v.60, p.347-351.

248. Duplus T., Tamby P., Dupuis J. Etude experimental de laction des acides fulviques sur les gels silies-magnisies et les silicates magnisiens. Bull Assoc. Fr. Etude sol, 1982, n.4, p. 241-252.

249. Earle C.F. et al., Elemental composition of potted vegetables and millet grown on hard coal buttom ash-amended soil. Bull. Environ. Cont. and Toxic. 1983, v.31, n.4, p. 418-423.

250. Elawad S.H., Green V.E. Silicon and the rice plant environment: A review of recent research. II Riso, 1979, v.28, p.235-253.

251. Elliot C.L., Snyder G.S. Autoclave-induced digestion for the colorimetric determination of silicon in rice straw. J. Agric. Food. Chem, 1991, v. 39, p. 1118-1119.

252. Emadian S.F., Newton R.I. Silicon effect on loblolly pine seedling growth and water status. Proc. 19th Southern. Forest Tree Improvement Conf., June 16-18 1987, College Station, Texas, 1987. p. 140-145.

253. Emadian S.F., Newton R.J. Growth enhancement of loblolly pine (Pinus taeda L.) seedlings by silicon. J. of Plant Physiol., 1989, v. 134, n.l, p. 98-103.

254. EPA Test Method 1311. www.epa.gov/sw-846/pdfs/1311 .pdf

255. Epstein E. Silicon. Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 1999, v.50, p.641-664.

256. Espiau P., Pedro G. Comportement des ions aluminiques et de la silice en solution: etude de la formation de la kaolinite. Clay Miner., 1984, v. 19(4), p. 615-627.

257. Exley C. Silicon in life: A bioinorganic solution to bioorganic essentiality. Inorg. Biochem., 1998, v. 69, p. 139-144.

258. Exley C., Pinnegar J.K., Taylor H. Hydroxyaluminosilictes and acute aluminium toxicity in fish. J. Theor. Biol., 1997, v. 198, p. 133-139.

259. Farmer V.C. and Frazer A.R. Chemical and colloidal stability of soil in the AI2O3 Fe203 - Si02 - H20 system: their role In oidzolization. Soil Sci., 1982, v.33, n. 4, p. 615-627.

260. Farmer V.C., Ressel J.D., Smith B.F. Extraction of inorganic forms of translocated Al, Fe, and Si from a podsol Bs horizon. Soil Sci., 1983, v.34, n.3, p. 571-576.

261. FAO.World Agricultural Center, FAOSTAT Agricultural statistic Data-B,ase Gateway, 2007.

262. Fox R.L., James A., Silva J.A., Teranishi D.Y., Matsuda M. H., Ching P.C. Silicon in soils, irrigation water, and sugarcane of Hawaii. Hawaii Farm Sci., 1967 a, v.16, n.4, p. 1-4.

263. Fox R.L., Silva J.A., Younge O.R., Plucknett D.L., Sherman G.D. Soil and plant silicon and silicate response by sugar cane. Soil Sci. Soc. Amer. 1967 b, v.31, p.775-779.

264. Fox R.L., Silva J.A., Plucknett D.L., Teranishi D.Y. Soluble and total silicon in sugar cane. Plant and Soil, 1969, v.30, n.l, p.81-92.

265. Foy C.D. Soil chemical factors limiting plant root growth. Advances in Soil Sci. 1992, v.19, p.97-149.

266. Furuno T., Suzuki N., Watanabe T. Microstructure and silica mineralization in the formation of silicified woods. 3. The role of resinous content in silification. J. Japan. Wood Res. Soc., 1988, v. 34(2), p.87-93.

267. Germar B. Some function of silicic acid in cereals with special reference to resistance to mildew. Pflanzenemahr Dung Bodenk, 1934, v.35, p. 102-115.

268. Ghodrati M., Sims J.T., Vassilas B.L., Hendricks S.E. Enhancing the benefits of fly ash as a soil amendment by pre-leaching. Soil Sci., 1995, v. 159, n.4, p.244-252.

269. Goreti de Almieda, Oliveira M., Braga J.M.Flitora Feles F.F. Adsorbcao e des locamento recipraco de silicio e fosfore in dos latossols do Friangulo Mincire. Revista leres Univ. fed Vicosa, 1986, v.33, n.l 89, p. 441-448.

270. Grundnofer H. Eifluss von silikataufnahme und einlagerung auf den befall der rebe mit echtem mehltau. Diss, 1994, v. 114, n. 7, p. 102-114.

271. Haak E., Siman G. Field experiments with Oyeslag (Faltlorsok med Oyeslag). Uppsala, Report 185, 1992.

272. Hall A.D., Morrison C.G.T. On the function of silica in the nutrition of cereals. Proceed, of the Roual Soc. of London, 1906, Ser. B, v. LXXVII, p.455-477.

273. Haysom M.B.C., Chapman L.S. Some aspects of the calcium silicate trials at Mackay. Proc. Queens. Soc. Sugar Cane Technol, 1975, v. 42, p. 117-122.

274. Hegazi M.F., Harfoush D.I., Mostafa M.H., Ibrahim I.K. Changes in some metabolites and oxidative enzymes associated with brown leaf spot of rice. Ann. Agric. Sc., 1993, v.38, n.l, p.291-299.

275. Hodson M.J. Silicon deposition in the roots, culm and leaf of Phalaris canariensis L. Annals of Bot., 1986, v. 58(2), p. 167-177.

276. Hodson M.J., Sangster A.G. Silica deposition in the influence bracts of wheat (Triticum aestivum). 1 Scanning electron microscopy and light microscopy. Can. J. of Botany, 1988, v.66, n.5, p.829-837.

277. Hodson M.J., Sangster A.G. X-ray microanalysis of the seminal root of sorghum bicolor with particular reference to silicon. Annals of Bot., 1989, v.64, n.6, p.659-675.

278. Hodson M.J., White P.J., Mead A., Broadley M.R. Phylogenetic variation in the silicon (Si) composition of plants. Annals of Botany, 2005, v. 96, p. 1027— 1046.

279. Hoebbel D., Vargha A., Engelhardt G., Usjszaszy K. Anion structure of tetrabutylanammonium silicates and their aqueous solution. Z. Anorg. Allg. Chem., 1984, v. 509, p. 85-94.

280. Imaizumi, K. and Yoshida, S. Edaphological studies on silicon supplying power of paddy fields. Bull. Natl. Inst. Agric. Sci., 1958, B8, p.261-304.

281. Isao S. The mode of organic fertilizer preparation. Japan pat. pending N 62108789, publ. 20.05.1987.

282. Jiang D., Zeyen R.J., Russo V. Silicon enhances resistance of barley to powdery mildew (Erusiphe graminis f.sp. hordei). Phytopathology, 1989, v.79, p. 1198.

283. Jones L.H. and Handreck K.A. Studies of silica in the oat plants. III. Uptake of silica from soil by plant. Plant and Soil, 1965, v. 23, p. 79-96.

284. Jones L.H.P., Handreck K.A. Silica in soil, plants and animals. Advan. in Agron., 1967, v. 19, p. 107-149.

285. Iler R.K. The Chemistry of Silica. Wiley, New York, 1979.

286. Indone H., Huang P.M. Influence of citric on the formation of short-range ordered alumosilicates. Clay and Clay Miner. 1985, v.33, n.4, p.312-322.

287. Ismunadji M. Utilization of cereal crop residues and its agricultural significance in Indonesia. Contr. Centr. Res. Inst. Agric. Bogor, Indonesia, 1978, v.37, p.l-14.

288. Kang Y.S., Tang E.S., Nam M.H., Jung, Y.T. Effect of cultural practices on reduction of flooding injury of rice. Res. Rep. of the Rural Develop. Admin., Rice, Kor. Rep., 1988, v.30, n.l, p.77-82.

289. Karmin Z. Formation of ferrihy drite by inhibition of grun rust structures in the presence of silicon. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1986, v.50, n.l, p.247-254.

290. Kawaguchi K., Kyuma K Paddy soil in tropical Asia: their material nature and fertility. Honolyly: The University Press of Hawaii, 1977.

291. Khalid R.A., Silva I.A. Residual effects of calcium silicate in tropical soils: II Biological extraction of residual soil silicon. Soil Sci. Soc.Am.J., 1978, v. 42(1), p. 94-97.

292. Khalid R.A., Silva J.A. Residual effect of calcium silicate on pH, phosphorus and aluminium in tropical soil profile. Soil Sci. Plant Nutr., 1980, v.26, p.87-98.

293. Khalid R.A., Silva J.A., Fox R.L. Residnal effects of calcium silicate in tropical soils: I Fate of applied silicon during five years cropping. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1978, v.42, p.l, p.89-94.

294. Kim C.K., Lee S. Reduction of the incidence of rice neck blast by integrated soil improvement practice. Korean J. Plant Prot., 1982, v.21, p. 15-18.

295. Kim C.K., Rush M.C., MacKenzie D.R. Food-mediated resistance to the rice blast disease. In: A.S.R. Juo, and J.A. Lowe (ed.), The Wetlands and Rice in Subsaharan Africa. IITA., Ibadan, Nigeria, 1986, p. 15-169.

296. Knight T.G., Kinrade S.D. A primer on the aqueous chemistry of silicon. In: Silicon in Agriculture, Studies in plant science, 8, Datnoff L.E., Snyder G.H., Korndorfer G.H. (Eds), Elsevier, Amsterdum, 2001, p. 57-84.

297. Korndorfer, G.H., Lepsch, I. Effect of silicon on plant growth and crop yield. In: Silicon in Agricultur. Studies in Plant Science. L.E. Datnoff, G.H. Snyder and G.H. Korndorfer (Ed). Elsevier, Amsterdam, 2001, p. 133-147.

298. Korndorfer G.H., Snyder G.H., Ulloaet M., Powel G., Datnoff L.E. Calibration of soil and plant silicon analysis for rice production. J. Plant Nutrition, 2001, v.24, p. 1071-1084.

299. Kozaka T. Control of rice blast by cultivation practices in Japan. In: The Rice Blast Dissease, John Hopkins Press, Baltimore, 1965, p.421-438.

300. Kubota M. Reasonable application of rice straw to wet and semiwet paddy fields with heavy clay soil in Niigata. J. of the Niigata Agr. Experimental Stat., 1992, n.39, 0549-4869, Nagaoha.

301. Kumbhar C.T., Nevase A.G., Savant N.K. Rice hull ash applied to soil reduces leaf blast incidence. Intern. Rice Res. Newsl., 1995.

302. Kunoh H. Ultrastructure and mobilization of ions near infection sites. Annual Rev. of Phytopathol. 1990, v. 28, p. 93-111.

303. Lafond J., Simard R.R. Short-term change in chemical properties by amendment with cement kiln dust. Can. J. Soil Sci., 1994, v.74, n.3, p.360.

304. Lafond J., Simard R.R., Pageau D. Agronomic evaluation of cement kiln dust in potato production. Can. J. Soil Sci., 1993, v.73, n.4, p.645.

305. Lanning F.C., Eleuterius L.N. Silica and ash in several marsh plants. Gulf Research Reports, 1981, v.7, p. 47-52.

306. Lauwers A.M. and Heinen W. Bio-degradation and utilization of silica and quartz. Archives of Microbiology, 1974, v. 95(1), p. 67-78.

307. Lee T.S., Hsu L.S., Wang C.C., Jeng Y.H. Amelioration of soil fertility for reducing brown spot incidence in the paddy fields of Taiwan. J. Agric, Res. China, 1981, v.30, p.35-49.

308. Leibigh J. Chemistry in Its Application to Agriculture and Plant Physiology. From the manuscript of the author by Lyon Playfair. Taylor and Walton, London, 1840.

309. Lewin I. and Reimann B.E.F. Silicon and plant growth. Annu. Rev. Plant Physiol., 1969, v.20, p.289-304.

310. Liang Y.C. Effect of silicone on enzyme activity and sodium, potassium and calcium concentration in barley under stress. Plant Soil, 1999, v. 29, p. 217224.

311. Liang Y.C., Chen Q., Liu Q., Zhang W.H., Ding R.X. Exogenous silicon (Si) increases antioxidant enzyme activity and reduces lipid peroxidation in roots of salt-stressed barley (Hordeum vulgare L.). J. Plant Physiol., 2003, v. 160, p. 1157-1164.

312. Lichtenthaler H.K. In vivo chlorophyll fluorescence as a tool for stress detection in plants. In.: Application of Chlorophyll Fluorescence. Ed. H.K. Lichtenthaler. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Boston, London, 1988, pp. 129-142.

313. Lindsay W.L. Chemical Equilibria in Soil. John Wiley & Sons, New York, 1979.

314. Lou G., Huang P.M. Hydroxy-aluminosilicate interlayers in montmorillonite: implications for acidic environments, Nature, 1988, v. 335(6191), p.625-627.

315. Lucas Y., Luizao F. J., Chauvel A., Rouiller J., Nahon D. The relation between biological activity of the rain forest and mineral composition of soil. Science, 1993, v. 260, p. 521-523.

316. Ma J.F. Studies on beneficial effects of silicon on rice plants. Ph. D. Thesis, Kyoto University, 1990.

317. Ma I.F, Takahashi E. Effect of silicon on growth and phosphorus uptake of rice. Plant Soil, 1990, v.126, n.l, 115-119.

318. Ma I.F., Takahashi E. Effect of silicate on phosphate availability for rice in a P-deficient soil. Plant and Soil, 1991, v.133, p.151-155.

319. Ma J.F., Takahashi E. Soil, fertilizer, and plant silicon research in Japan. Elsevier, The Netherlands, 2002.

320. Ma J.F., Tamai K., Yamaji N., Mitani M., Konishi S., Katsuhara M., Ishiguro M., Murata Y., Yano M. Silicon transporter in rice. Nature, 2006, v. 440, p. 688-691.

321. Malvick D.K., Percich J.A. Hydroponic culture of wild rice (Zizaniapalustris L.) and its application to studies of silicon nutrition and fungal brown spot disease. Can. J. Plant Sci., 1993, v.73, n.4, p.969-975.

322. Mann S., Ozin G.A. Synthesis of inorganic materials with complex form. Nature, 1996, v.382, p.52-57.

323. Mann S., Perry C.C. Structural aspects of biogenic silica. Silicon biochemistry. Ciba Foundation Symposium 121, J. Wiley & Sons, 1986, p.40-53.

324. Marsan F.A., Torrent J. Fragipan bonding by silica and iron oxides in a soil from northwestren Italy. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1989, v.53., n.4, p. 1140-1145.

325. Mathai G., Paily P.V., Menon M.R. Effect of fungicides and silica in the control of sheath blight disease of rice caused by Corticumsaskii (Shiriai). Agr. Res. J. Kerala, 1978, v. 19, n.l,p.79-83.

326. Matichenkov V.V., Anthropogenic influence effect on biogeochemistry of silicon on the environment. Abst. Inter. Sump, on Biogeochemistry of the Environment. Salamanca. Spain, 1993, p. 223-224.

327. Matichenkov V.V. The using of silicon metal-industry wastes in environmental friendly agrotechnologies. XVI World Congress on Soil Science, Acapulco, Mexico, 1994, v. 9, p. 345-346.

328. Matichenkov V.V. and E.A. Bocharnikova, Total and Partial Biogeochemical Cycle of Si in Various Ecosystems. In Monge-Najera J. (ed.) Sustainable Development: the View from the Less Industrialized Countries. San Jose, Costa Rica: UNED, 1994, p.467-481.

329. Matichenkov V.V. and E.A. Bocharnikova, Silicon soil state and biogeochemical balance in forest and grass ecosystems. In: Sustainabledevelopment: the view from the less industrialized countries. San Jose: UN ED press, Costa Rica, 1994, p. 453-467.

330. Matichenkov V.V. The use of silicon-rich industrial wastes for planting of greenly in large city. In: Proceedings of World-wide Symposium Pollution in large cities. Italy, Venece/Padova, 1995, p. 587-593.

331. Matichenkov V.V., Putsykin Y.G., Sharapov A.A., Shulgin A.I., The creation and restoration of potential soil fertility. FAO UN report. Rome, Special Biological Physical Technologies corporation, Rome, 1998.

332. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A., G.H. Snyder, The management of Heavy metal behavior and mobility in the soil-plant system. In: 31th Mid-Atlantic Industrial and Hazardous Waste Conference. Atlantic-city, NY, 1999, p.614-623.

333. Matichenkov V.V., E.A. Bocharnikova, D.V. Calvert, and G.H. Snyder. Comparison study of soil silicon status in sandy soils of South Florida. Proc. Soil Crop Sci. Florida, 1999 a, v. 59, p. 132-137.

334. Matichenkov, V.V., D.V.Calvert, G.H. Snyder. Silicon fertilizers for citrus in Florida. Proc. Fla. State Hort. Soc. 1999 b, v.l 12, p.5-8.

335. Matichenkov, V.V., D.V.Calvert, and G.H.Snyder. Prospective silicon fertilization for citrus in Florida. Soil Crop Sci Florida Proc. 2000, v.59, p.l 37141.

336. Matichenkov V.V., Calvert D.V. Silicon as beneficial element for sugarcane. J. Am. Soc., Sugarcane Technol., 2002, v. 22, p. 21-30.

337. Matichenkov V.V., Calvert D., Snyder G.H., Bocharnikova E.A. Effect of Si fertilization on growth and P nutrition of Bahiagrass. Proc Soil Crop Sci. Florida, 2001, v. 60, p.30-37.

338. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A. New technologies for optimization and reduction of irrigation water application rates. In: Water Middle East-2003, Bahrain: Bahrain Convention & Exhibition Bureau, 2003, p. 343-353.

339. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A. (eds.) Proc. International Conf. "Silicon in Food, Agriculture and Environment". 2004 a. 2-5 August 2004, Pushchino, Russia. 33 c.

340. Matichenkov V.V., Bocharnikova E.A. 2004 b. Si in horticultural industry. In: Production Practices and Quality Assessment of Food Crops, v. 2 "Plant Mineral Nutrition and Pesticide Management". Amsterdam: Kluwer Academic publishers, p. 217-239.

341. Matichenkov V.V., Biel K.Y. Silicon and defense system in living organisms. Hypothesis. In: Сложные системы в экстремальных условиях, Тез. Докл. XIII Междун. Симп., Красноярск, 4-10 сентября, 2006, с.29-30

342. Maxwell F.G., Jenkons J.N., Parrott W.L. Resistance of plants to insects. Advan. Agron., 1972, v. 24, p. 187-265.

343. Maxwell W. Lavas and soils of the Hawaiian Islands. The American Naturalist, 1898, v.32, n. 378, p.537-539.

344. Mays D.A., Anaele A. Wood ash utilization of fine turf liming and fertilization. Amer. Soc. Agron. Annual Meet. 1993, Cincinnat, 1993, p.342.

345. McKeague J.A., Cline M.G. Silica in soil solutions. 1. The form and concentration of dissolved silica in aqueous extracts of some soils. Can. J. Soil Sci., 1963 a, v. 43(1-2), p.70-82.

346. McKeague J.A., Cline M.G. Silica in soil solutions. II. The adsorption of monosilicic acid by soil and by other substances. Can. J. Soil Sci., 1963 b, v. 43(1-2), p.83-96.

347. McKeague I.A., Cline M.C. Silica in soils. Adv. in Agronomy, 1963, v. 15, p.339-396.

348. Menzies J.G., Ehret D.L., Glass A.D.M., Helmer T., Koch C„ Seywerd F. Effects of soluble silicon on the parasitic fitness of Sphaerotheca fuliginea on Cucumus sativus. Phytopatrhology, 1991, 81, p. 84-88.

349. Menzies N.W., Bell L.C., Edwards D.G. Effects of inoculation time and filtration technique on soil solution composition with particular reference to inorganic and organically complexed Al. Austr. J. Soil Res., 1991, v. 29(2), p. 223-238.

350. Mica V.I. Rezidua sodiku a zevera ve frakcioxidu kremiciteho pri rozforech rostein. Agrochemia, 1986, v.26, n.9, p.270-272.

351. Miller W.P., Baharuddin M.K. Relationship of soil dispersity to infiltration and erosion on Southe-Astern soils. Soil Sci., 1986, v. 142, p.235-240.

352. Milnes A.R., Twidale C.R. An overview of silicification in Cainozoic landscapes of arid central and southern Australia. Australian J Soil Res., 1983, v. 21 (4), p. 387-H0.

353. Mitani N, Ma J.F. Uptake system of silicon in different plant species. Journal of Experimental Botany, 2005, v. 56 (414), p. 1255-1261.

354. Mitsui N., Takaton H. Nutritional study of silicon in graminaceous crops. Soil Sci. Plant Nutr., 1963, v.9, n.9.

355. Miyake Y., Takahashi E. Effect of silicon on the growth of soybean plants in a solution culture. Soil Sci. and Plant Nutr, 1983, v. 31(4), p. 635-636.

356. Miyake Y., Takahashi E. Effect of silicon on the growth and fruit production of strawberry plants in a solution culture. Soil Sci. Plant Nutr., 1986, v.32(2), p.321-326.

357. Mohanty B.K., Gosh S., Mishara A.K. The role of silicon in Bacillus licheniformis. J. Appl. Bacteriol, 1990, v. 68, p. 55-60.

358. Moore D. The role of silica in protecting Italian ryegrass (Lolium multijlorum) from attack by dipterous stem-boring larvea (Oscinella fruit and other related species). Ann. Apply. Biol., 1984, v. 104, n.l, p. 161-166.

359. Mortvedt I.I. Effects of calcium silicate slag application on sodium concentrations in plant tissues. Commun. Soil Sci. and Plant Anal., 1986, v. 17(1), p. 75-84.

360. Munk H. Zur bedentung silikatisher stoffe bei der oungung landwirtschaftlecker rulturpflanzen. Landwirt Forsch, 1982, v.34, Sonder 38, p.264-277.

361. Myhr K., Erstad K. Converter slag as a liming material on organic soils. Norwegian J. of Agrie. Sci., 1996, v.10, n.l, p.81-93.

362. Nanda H.P., Gangopadhyay. Role of silicated cells of rice leaf on brown spot disease incidence by Bipolaris Oryzae. Int.J. Trop. Plant Dis., 1984, v.2, p.89-98.

363. National Institute of Agro-Environmental Science (NIAES) Official methods of analysis of fertilizers, 124, Foundation Nokrin Kohsaikai, Tsukuba, 1987, p.38-48.

364. O'Neill T.M. Investigation of glasshouse structure, growing medium and silicon nutrition as factors affecting disease incidence in cucumber crops. Med. Fac. Land bouw. Rijksuniv Gent, 1991, v. 56/2b, p.359-367.

365. Neumann D. Silicon in plants. In Silicon biomineralization. Progress in molecular and subcellular biology, Ed. W.E.G.Muller, 2003, v.33, p.149-160.

366. Nonaka K., Takahashi K. 1986 a. Available silicates in paddy soils. 1. Available silicates in various soils and slags. Bull. Shikoky Agr. Exp. Station 47:1-15.

367. Nonaka K., Takahashi K. Available silicates in paddy soils.2.Development of method of measuring available silicates and its application of soil silicate analysis. Bull. Shikoky Agr. Exp. Station 1986 b, v. 47, p. 16-39.

368. Nonaka K., Takahashi K. A method of measuring available silicates in paddy soils. Jap. Agrie. Res. Q., 1988, v. 22, p. 91-95.

369. Nonaka K., Takahashi K. A method of assessing the need of silicate fertilizers in paddy soils. XIV Int. Congr. Soil Sci. Kyoto, Japan, 1990, v. 4, p. 513-514.

370. Norton L.D., Hall G.E., SmeckN.E., Bigham J.M. Fraginap bonding in a late-Wisconsian loss-derived soil in East-Central Ohio. Soil Sci. Soc. Am. J. 1984, v. 48, n.6, p. 1360-1366.

371. Nowakowski W., Nowakowska J. Silicon and copper interaction in the growth of spring wheat seedlings. Biol. Plantarum, 1997, v.39, n. 3, p.463-466.

372. Obihara C.H., Russell E.W. Specific adsorption of silicate and phosphate by soils. Soil Sci., 1972, v. 23, p. 103-117.

373. Ohata K., Kubo C., Kitani K. Relationship between susceptibility of rice plants to Helmithosporium blight and physiological changes in plants. Bull. Shikoku Agrie. Exp. Stn. 1972, v.25, p. 1-19.

374. Ohno T., Erich M.S. Chemistry of wood ashamended soils. Amer. Soc., Agron., Annu. Meet, 1992, Minneapolis, 1992, p.51.

375. Okuda A., Takahashi E. The role of silicon. In: The Mineral Nutrition of the Rice Plant, John Hopkins Press, Baltimore, 1965, p. 126-146.

376. Olivera M.G., Brada J.M., Jeles F.F. Silica and phosphorus reciprocal adsorption and discation in two latosols from the Friangilo Mineiro area Brazil. Revesta ceres, 1986, v. 33, n.189, p. 441-448.

377. Osuna-Canizales F.J., DeDatta S.K., Bonman J.M. Nitrogen form and silicon nutrition effects on resistance to blast disease of rice. Plant Soil, 1991, v. 135, p. 223-231.

378. Ota M., Kobayashi H., Kawaguchi Y. Effect of slag on paddy rice. 2. Influence of different nitrogen and slag levels on growth and composition of rice plant. Soil & Plant, 1957, v.3, p. 104-107.

379. Panda N., Pradhan B., Samalo A.P., Rao P.S.P. Note on the relationship of some biochemical factors with the resistance in rice varieties to rice borer. Indian J. of Agric. Sci., 1975, v. 45, p.499-501.

380. Perry C.C., Keeling-Rucker T. Biosilicification: the role of the organic matrix in structure control. J. Biol. Inog. Chem., 2000, v. 5, p. 537-550.

381. Ponamperyma F.N. Straw as a source of nutrients for wetland rice. In Organic Matter and Rice. Inter. Rice Res. Inst. Los Banos, Laguna, Philippines, 1984, p.l 17-136.

382. Raid R.N., Anderson D.L., Ulloa M.F. Influence of cultivar and soil amendment with calcium silicate slag on foliar disease development and yield of sugarcane. Florida agricultural Experimental Station Journal Ser. N R-01689. 1991.

383. O'Relly S.E., Sims J.T. Phosphorus adsorption and desorption in a sandy soil amended with high rates of coal fly ash. Com. Soil Sci. and Plant Anal., 1995, v.26, n. 17-18, p. 2983-2993.

384. Rothamsted Experimental Station Guide the Classical Experiment. Lawes Agricultural Trust, Rapide Printing, Watton, Norfolk, 1991.

385. Reichert J.M., Norton L.D. Fluidized bed bottom-ash effects on infiltration and erosion of swelling soil. Soil Sci.Soc. Am. J, 1994, v.58, p.1483-1488.

386. Reichert J.M., Norton L.D., Huang Chi-hua L.D., Sealing, amendment, and rain intensity effects on erosion of high-clay soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 1994, v.58, p.l 199-1205.

387. Richter W. Suntheim L. Significance of silicon inplant nutrition. Archiv fur Ackerund Pflan. und Boden., 1986, v.30, n.12, p.737-744.

388. Rimstidt J.D. Quartz solubility at low temperatures. Geochemica et Cosmochimica Acta, 1997, v.61, n.13, p. 2553-2558.

389. Rozeff N. Silicon the beach warmer or unheralded star? Sugar J., 1992, v.54, n.8, p.20.

390. Russells A. Soil Conditions and Plant Growth. In: Ed. Aiwild, Longman Scientific, England, 1988.

391. Sadzavka M.A.R., Aomine S. Adsorption of silica in river waters by soils in central Chile. Soil Sci. Plant Nutr., 1977, v. 23(3), p. 297-309.

392. Salim M., Saxena R.C. Iron, silica, and aluminium stresses and varietal resistance in rice: Effects on whitebacked Planthopper. Crop. Sci., 1992, v.32, p.212-219.

393. Sang-Young N., Kyong M.K., Sang C.L., Jong C.P. Effects of lime and silica fertilizer application on grape cracking. J. Agric. Sci. Soil Fertil., 1996, v.38, n.l, p.410-415.

394. Sangster A.G. Studies of opaline silica deposits in the leaf of Sieglingia decumbens L. "Berhn.", using the scanning electron microscope. Ann Bot., 1968, v. 32, p.237-240.

395. Sawant A.S., Patit V.H., Savant N.K. Rice hull ash applied to seedbed reduces deadhearts in transported rice. Inter. Rice Res., 1994, Notes 19.

396. Savant N.K. Snyder G.H., Datnoff L.E. Silicon management and sustainable rice production. In Adven. Agron., Acad. Press, San Diego, CA, USA, 1997, v.58, p. 151-199.

397. Savant N.K., Korndorfer G.H., Datnpff L.E., Snyder G.H. Silicon nutrition and sugatcane production: a review. J. Plant Nutrition, 1999, v.22 (12), p. 18531903.

398. Schindler P.W., Furst B., Dick R., Wolf P.O. Ligand properties of surface silanol groups. I. Surface complex formation with Fe ,Cu , Cd , and Pb . J. of Colloid and Interface Sci., 1976, v. 55(2), p. 469-475.

399. Schulthess C.P., Huang V.P. Adsorption of heavy metals by silicon and aluminum oxide surfaces on clay minerals. Soil Sci. Soc. Am. J. 1990, v.54, p.679-699.

400. Schulthess C.P., Tokunaga, Metal and pH effects on adsorption of poly(vinil alcohol) by silicon oxide, Soil Sci. Soc. Amer. J., 1996, v.60, n.l, p.92-98.

401. Seling H., Hayes K.F., Adriaens P. The role of dissolved silica on the biodégradation of octylamine. Envir. Sci. and Tech., 1999, v.33(21), p. 37233729.

402. Semburg H., Raun N.R., Johnson G.V., Boman R.K. Effect of wheat straw inversion on soil water conservation. Soil Sci., 1995, v. 159, n.2, p.81-89.

403. Siever R., Woodford N. Sorption of silica by clay minerals. Geochim. Cosmochim. Acta, 1973, v. 37, p. 1851-1880.

404. Silverman M.P., Munoz E.F. Fungal attack on rocks: solubilization and altered infrared spectra. Sci., 1970, v. 169, p. 985-987.

405. Sims J.T., Simard R.R., Joern B.C. Phosphorus loss in agricultural drainage: historical perspective and current research. J. Environ. Qual., 1998, v. 27, p. 277-293.

406. Singh K.P., Sarkar M.C. Phosphorus availability in soil as affected by fertilizer phosphorus, sodium silicate and farmyard manure. J. Indian Soc. Soil. Sci., 1992, v.40, n.4, p.762-767.

407. Snyder G.H., Jones D.B., Gascho G. Silicon fertilization of rice on Everglades histosols. J. Soil Sci. Soc. Am. 1986, v.50, p. 1259-1263.

408. Snyder G.H. Development of a silicon soil test for Histosol-grown rice. 1991 rice growers seminar, Belle Glade, FI., 1991, 20 February, p.29-39.

409. Snyder G.H. Methods for silicon analysis in plants, soils, and fertilizers. In: L.Datnoff, G. Snyder, and G. Korndorfer (eds.). Silicon in Agriculture. Studies in Plant Science, Elsevier, Amsterdam, 2001, p. 185-196.

410. Snyder G.H., Matichenkov V.V. Datnoff L.E. Silicon In: Handbook of Plant Nutrition, Massachusetts University, 2006, p. 551-568.

411. Stenicka S., Narovec V. The effect of amphibolite rock meal from the stone mine at Marcovice village on selected physical and chemical properties of podzolic forest soils in the laboratory test. Zpravy Leshicheho Vyzkumy, 1994, n.3, 9.13-16.

412. Stephens C.J. Laterite and silcrite in Australia. Geoderma, 1971, v.5, p.5-52.

413. Summerfield M.A. Distribution, nature and probable genesis of silcrete in arid and semi-arid Southern Africa. Catena, 1984, v.l, p. 37-65.

414. Suntheim R.W.L. Significance of silicon in plant nutrition. Archiv fuer. Acherund Pflanzum und Boden., 1986, v.30, n.12, p.737-744.

415. Takahashi K., Nonaka K. Available silicates in paddy soils. Part 2. Development of method of measuring available silicates and its application to soil silicate analysis. Bull. Shikoku Agric. Exp. St., 1986, n.47, p. 16-39.

416. TakijimaY.H., Wijayaratna M.S., Soneviratne C.J. Nutrient deficiency and physiological disease of lowland rice in Ceylon. 3. Effect of silicate fertilizers and dolomite for increasing rice yield. Soil Sci. Plant Nutr., 1970, v. 16, p. 11-16.

417. Tan K.H. The effect of interaction and adsorption of silica on structural changes in clay minerals. Soil Sci., 1982, v. 134(5), p. 300-307.

418. Tanaka A., Park Y.D. Significance of the absorption and distribution of silica in the rice plant. Soil Sci., 1966, v.12, p.191-195.

419. Telysheva G., Shulga G. Silicon-containing polycomplexes for protection against wind erosion of sandy soil. J. of Agric. Engin. Res., 1995, v.62, n.4, p.221-228.

420. Thurston J.M., Williams E.D., Johnston A.E. Modern developments in an experiment on permanent grassland started in 1856: effects of fertilizers and lime on botanical composition and crop and soil analyses. Ann. Agron., 1976, v.27, n.5-6, p. 1043-1082.

421. Tokunaga Y. Potassium silicate: A slow release potassium fertilizer. Fert. Res., 1991, v.30, p.55-59.

422. Trivedy R.V., Raman N.S. Industrial pollution and environmental management. Jodhpur, Scientific, 2003.

423. Trevors J.T. Bacterial evolution and silicon. Antonie Van Leeuwenhoek, 1997, v. 71, p. 271-276.

424. Ukwungwu M.N. Effect of silica content of rice plants on damage caused by the larvae of Chilo zacconius (Lepidoptera: Pyralidae). WARDA Tech. Newsletter, 1984, 5,p.20-21.

425. Verma T.S., Minhas R.S. Effect of iron and manganese interaction on paddy yield and iron and manganese nutrition in silicon-treated and untreated soils. Soil Sci., 1989, v.147, n.2, p.107-115.

426. Volk R.J. Silicon content of the rice plant as a factor influencing its resistance to infection by the blast fungus Piricularia oryzae. Phytopathology, 1958, v.48,p. 179-184.

427. Volker H., Nudling W., Adam K. Verfahren zur herstellung eines mehrnahrstoffdungers. Fels-werke Peine-Salzgitter GmBH, Pat. 3538411.5 Germany, Patent pending 29.10.1985.

428. Wada K., Inoue A. Adsorption of monomeric silica by volcanic ash soils. Soil Sci. Plant Nutr., 1974, v. 20(1), p. 5-15.

429. Wadham M.D., Parry P.W. The silicon content of Oryza sativa L. and its effect on the grazing behaviour of Agriolimax reticulatus Muller. Annals of Bot., 1981, v.48, p.399-402.

430. Wallace A. Relationships among nitrogen, silicon, and heavy metal uptake. Soil Sci., 1989, v.147, n.6, p.457-460.

431. Wallace A. Participation of silicon in cation-anion balance as a possible mechanism foe aluminum and iron tolerance in some gramineae. J. Plant nutr., 1993, v. 16, p. 547-553.

432. Wallace A., Romney E.M., Mueller R.T. Nitrogen-silicon interaction in plants grown in desert soil with nitrogen deficiency. Agron., 1976, v. 68(3), p. 529530.

433. Waterkeyn L., Bientait A., Peeters A. Callose et silice epidermiques rapports avec la transpiration culticulaire. La Cellule, 1982, v.73, p.263-287.

434. Wattean F, Villemln G. Ultrastructural study of the biogeochemical cycle of silicon in the soil and litter of a temperate forest. European J. Soil Sci., 2001, v. 52, p. 385-395.

435. Webley D.M., Duff R.B., Mitchell W.A. A plate method for studing the breakdown of synthetic and natural silicates by soil bacteria. Nature, 1960, v. 188, p. 766-767.

436. Werner D., Roth R. Silicon metabolism. In: Inorganic plant nutrition, ed. Lauch A., Bielsky R.L. Springer-Verlag, N.Y. 1983, v. 15 b, p. 682-694.

437. WiIdingL.P.,Dreesd R. Biogenic opal in Ohio soil., Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 1971, v.35, n.6, p. 1004-1010.

438. Winslow M.D. Silicon, disease resistance and yield of rice genotypes under upland cultural conditions. Crop. Sci., 1992, v.32, p. 1208-1213.

439. Wollast R., McKenzie F. T. The global cycle of silica. In: Aston S. R. (ed.): Silicon geochemistry and biochemistry. Academic Press, San Diego, 1983, p. 39-76.

440. Wolly J.T. Sodium and silica as nutrients for the tomato plants. Plant Physiol., 1957, v. 32(4), p. 317-321.

441. Yamaguchi T. Tsuno Y., Nakano J., Mano P. Relationship between root respiration and silicaxalcium ratio and ammonium concentration in bleeding sap from stem in rice plants during the ripening stage. Japan J. Crop Sci., 1995, v.64, n.3, p.529-536.

442. Yamaguchi M., Winslow M.D. Effect of silica and magnesium on yield of upland rice in humid tropics. Plant Soil, 1987, v.l 13, n.2, p.265-269.

443. Yoshida S., Chemical aspects of the role of silicon in physiology of the rice plant. Bull. Nat. Inst. Agric. Sci.,1965, ser. B, n.15.

444. Yoshida S. The physiology of silicon in rice. Food Fert. Tech. Centr., Tech. Bull, n.4., Taipei, Taiwan, 1975.

445. Yoshida S. The availability of silicon in paddy soil. In: Kawagushi (ed.) Paddy Soil Science, Kodansha, Tokyo, Japan, 1978, p.293-299.

446. Yoshida S., Javasero S.A., Ramirez E.A. Effect of silica and nitrogen supply on some leaf characters of the rise plant. Plant and Soil, 1969, v.31, p.48-56.

447. Zhang Z. An analysis of effect of yield increase by returning wheat straw to the fields from soil betterment. Agr. Res. In Arid Areas, 1991, n.l, p.52-58.

448. Zippicotte J., Zippicotte J Fertilizer. Pat. USA N238240, Publish Official Gazette of the Anted Stares Patent Office, 1881, v. 19, n.9, p.496.

Информация о работе

Матыченков, Владимир Викторович
доктора биологических наук
Пущино, 2008
ВАК 03.00.12

Диссертация

Роль подвижных соединений кремния в растениях и системе почва-растение - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы