Understanding Silicic Acid

Kieselsäure verstehen

In diesem Artikel wird die Verwendung von Siliciumdioxid (Si) in der Hydrokultur erörtert, einschließlich der verschiedenen Formen von Silicium, ihrer Bedeutung für die Landwirtschaft und hydroponische Düngemittel sowie die funktionellen Vorteile von Silicium in Pflanzen.

In diesem Artikel wird die Verwendung von Kieselsäure (Si) in der Hydrokultur erörtert, darunter:

  1. Die verschiedenen Formen von Silizium
  2. Ihre Relevanz für die Landwirtschaft und hydroponische Düngemittel
  3. Funktionelle Vorteile von Si in Pflanzen

Formen von Silizium: Siliziumdioxid, Silikate und Kieselsäure Silizium (Si im Periodensystem) ist zwar das zweithäufigste Element in der Erdkruste und das achthäufigste Element im Universum, steht aber nicht direkt für die Aufnahme in Pflanzen zur Verfügung. Obwohl ein Teil des wasserlöslichen Si in der Natur vorkommt, liegt der Großteil des Si auf der Erde in Form unlöslicher Oxide oder Silikate im Boden vor.

Siliziumdioxid (SiO2), allgemein als Kieselsäure bezeichnet , ist der Hauptbestandteil von Sand und Quarz. Obwohl Kieselsäure die physikalischen Eigenschaften des Bodens beeinflusst, steht sie auch nicht direkt für die Aufnahme durch Pflanzen zur Verfügung und ist in der Hydrokultur nur begrenzt einsetzbar, da es Monate bis Jahre dauert, bis sie in eine Form zerfällt, die von Pflanzen aufgenommen werden kann. Quarzsand wird im Gartenbau hauptsächlich als Zusatz zur Verbesserung der Entwässerung und Belüftung schwerer Böden verwendet, um Staunässe vorzubeugen. Quarzsand kann auch als Wachstumsmedium in bestimmten Arten von Hydrokultursystemen verwendet werden, beispielsweise zur unterirdischen Tropfbewässerung, und wenn er mit Kunststoff beschichtet ist, als Substrat für Ebbe-Flut-Flutwannen. Beachten Sie, dass Quarzsand allein für die meisten Pflanzenarten kein geeignetes Substrat darstellt, da er weder Nährstoffe noch Feuchtigkeitsspeicherfähigkeit bietet. Bei richtiger Verwendung als Zusatzstoff im Boden oder in bestimmten hydroponischen Substraten kann Quarzsand die Bodenstruktur öffnen, die Belüftung verbessern und die Entwässerung erhöhen.

Unter Silikaten versteht man die Verbindung von Si mit den Kationen Ca, K, Mg und Na, wodurch eine Vielzahl kristalliner Verbindungen entsteht. Das im Gartenbau am häufigsten verwendete Silikat ist Kaliumsilikat, K2SiO3, obwohl auch Kalziumsilikat und Magnesiumsilikat verwendet werden können. Beim Auflösen in Lösung ergeben diese Silikatprodukte eine kleine Menge pflanzenverfügbare Kieselsäure (PAS) in Form von Monokieselsäure. Bei hohen Konzentrationen können Kaliumsilikatlösungen instabil sein und gelieren. Kaliumsilikat ist alkalisch und muss daher in hydroponischen Düngemittellösungen vorsichtig verwendet werden, um eine Änderung des pH-Werts zu vermeiden. Insgesamt sind Silikatverbindungen aufgrund ihrer geringen Löslichkeit, ihrer alkalischen Natur und der geringen Menge an pflanzenverfügbarer Kieselsäure, die sie freisetzen, in der Hydrokultur nur von begrenztem Nutzen.

Monokieselsäure (MSA) (auch Orthokieselsäure genannt) ist H4SiO4, die einzige Form von Silizium, die direkt von Pflanzen aufgenommen und genutzt werden kann. Alle zuvor genannten Formen von Si müssen in MSA zerfallen, um absorbiert zu werden und positive Auswirkungen auf die Physiologie und Struktur der Pflanze zu haben. Da SiO2 und Silikate langsam zerfallen und eine geringe Menge Monokieselsäure ergeben, sind Produktformulierungen mit reinem und stabilisiertem MSA für die Hydrokultur wünschenswert. Diese Produkte, wie zum Beispiel Front Row Si , enthalten vollständig pflanzenverfügbare Kieselsäure in einer stabilen wässrigen Lösung. MSA-Produkte ermöglichen eine präzise Kontrolle des Kieselsäuregehalts in Hydrokulturdüngern, verändern den pH-Wert nicht und können als Blattspray oder Wurzeltränkung angewendet werden.

Siliciumdioxidverbindungen in Düngemitteln Die Chemie von Si in Düngemittellösungen kann ziemlich kompliziert sein. Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass Pflanzen nur MSA absorbieren können und dass andere Formen von Si nur so vorteilhaft sind wie ihre Fähigkeit, der Pflanze MSA zuzuführen Wurzeln.

Um mit einer der verschiedenen Silikatverbindungen (z. B. Kaliumsilikat) äquivalente ppm MSA in der Düngemittellösung zu erreichen, sind deutlich höhere Einsatzmengen erforderlich. Front Row Si ist zehnmal stärker als die meisten anderen Si-Alternativen, was zu einer geringeren Nutzungsrate und Kosteneinsparungen führt. Bei alternativen Si-Produkten sind die höheren Verbrauchsraten mit der Komplikation verbunden, dass den Düngemittellösungen überschüssiges Kalium oder andere Ionen zugesetzt werden, und diese Änderungen müssen in den Gesamtelementverhältnissen der Düngemittellösung berücksichtigt werden. Um beispielsweise mit Kaliumsilikat 13 ppm lösliches Siliciumdioxid in der Düngemittellösung zu erreichen (unter der Annahme von 8,5 % pflanzenverfügbarem Siliciumdioxid ), würde die Verbrauchsrate 0,6 g/Gallone betragen, was zu einer Zugabe von mehr als 40 ppm Kalium zusätzlich zum Siliciumdioxid führen würde . Dieses überschüssige Kalium muss berücksichtigt werden, um die richtigen Verhältnisse anderer wichtiger Elemente wie Stickstoff und Phosphor aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus erhöhen Silikate den pH-Wert der Düngemittellösung erheblich und müssen entsprechend gemischt werden, um eine Reaktion mit sauren Ionen zu verhindern. Front Row Si fügt der Lösung 13 ppm MSA mit einer Geschwindigkeit von 0,5 ml/Gallone hinzu, ohne zusätzliche K-Ionen beizutragen oder den pH-Wert der Lösung zu ändern.

Angesichts der oben genannten Probleme verwenden immer mehr Landwirte stabilisierte, hochreine MSA-Produkte, um Kieselsäure direkt in der Form zu liefern, die die Pflanzen nutzen können, sowohl in der Futterlösung als auch durch Blattapplikation.

Nachdem wir nun einen Überblick über Kieselsäureverbindungen und ihre Relevanz für die Verwendung in der Hydrokultur gegeben haben, werden wir uns im nächsten Abschnitt mit einigen funktionellen Wirkungen von Kieselsäure in Pflanzen befassen.

Vorteile von Kieselsäure und Kieselsäuren Obwohl Kieselsäure nach traditioneller Definition kein essentieller Pflanzennährstoff ist (Pflanzen können auch ohne Kieselsäure ihren natürlichen Entwicklungszyklus durchlaufen), ist sie ein wichtiger Faktor bei der Optimierung des Wachstums und der Entwicklung einer Pflanze.

Die wohltuende Wirkung von Kieselsäure wird durch eine Vielzahl von Mechanismen vermittelt, darunter mechanische Stärkung, Kontrolle des Wasserhaushalts, Regulierung der Nährstoffaufnahme, Genregulation und Aktivierung des pflanzlichen Immunsystems.

Da Pflanzen Kieselsäure in Gewebe einbauen, erhöht dies die mechanische Festigkeit von Stängeln, Blättern und Zellwänden und schafft so eine physische Barriere gegen Insekten und Pilzpathogene. Untersuchungen an vielen Sorten hochwertiger landwirtschaftlicher Nutzpflanzen zeigen, dass Kieselsäure die Häufigkeit und Intensität von Krankheiten und Schädlingsbefall deutlich verringert. Die erhöhte Dichte und das höhere Gewicht des Pflanzengewebes tragen auch zu den Ertragssteigerungen bei, die bei einer Vielzahl von Kulturpflanzen mit Si-Anwendung zu beobachten sind. Die Ablagerung von Silizium in Pflanzengeweben verleiht Pilzhyphen und Insektenmundwerkzeugen Abrieb- und Durchdringungswiderstand und verringert so deren Fähigkeit, erfolgreich in Pflanzengewebe einzudringen.

Wassermangel kann durch einen niedrigen Wassergehalt in der Wurzelzone, einen übermäßigen Salzgehalt in der Wurzelzone oder einen hohen Wasserverlust durch Transpiration aufgrund hoher VPD und Wind verursacht werden. Die Anwendung von Si verbessert die Widerstandsfähigkeit der Pflanze gegen Wasserstress und die Fähigkeit, den Turgor aufrechtzuerhalten, indem sie die Wasseraufnahme aus den Wurzeln steigert und die Transpirationsrate durch Reduzierung des Wasserverlusts durch die Blätter anpasst. Silizium steigert die Produktion von Aquaporin, den Wasserkanalproteinen, die für den schnellen Wassertransport durch Wurzeln und Blätter verantwortlich sind. Durch die Verbesserung der Wasseraufnahme und die Reduzierung des Wasserverlusts ermöglicht Si den Pflanzen, auch unter Dürrebedingungen einen günstigen Wasserhaushalt und Turgor aufrechtzuerhalten. Dies führt zu nachhaltiger Photosynthese, Wachstum und Ertrag, selbst wenn das Wasser begrenzt ist.

Si verbessert auch die Pflanzenernährung unter widrigen Bedingungen, indem es die Aufnahme nützlicher Nährstoffe erhöht und die Aufnahme schädlicher Nährstoffe, insbesondere Schwermetalle, beeinträchtigt. Untersuchungen zeigen, dass mit Si behandelte Pflanzen vor der Toxizität von Schwermetallen geschützt sind und nicht den Rückgang der Photosynthese und des Wachstums zeigen, den wir erwarten würden, wenn sie Schwermetallen im Boden ausgesetzt sind. Gleichzeitig erhöht Si die Aktivität der H+-ATPase der Plasmamembran und verbessert so die Nährstoffaufnahme in Wurzelzellen. Durch die Blockierung toxischer Elemente und die Verbesserung der Aufnahme nützlicher Nährstoffe hilft Si den Pflanzen, eine optimale Ernährung aufrechtzuerhalten, selbst wenn sie unter suboptimalen Bedingungen wachsen.

Zusammenfassend übt Si eine Reihe positiver Wirkungen auf die Pflanzenphysiologie aus, die zu Folgendem führen:

  1. Erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen biotischen Stress: Verringerung der Häufigkeit und des Ausmaßes von Infektionen mit Mehltau, Botrytis und Insekten. Durch die Ablagerung von Silizium im Pflanzengewebe entsteht eine physische Barriere gegen das Eindringen und die Nahrungsaufnahme.
  2. Erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen abiotischen Stress: bessere Pflanzengesundheit und Leistung unter Bedingungen von Wasserstress, hohem Salzgehalt, Wind und widrigen Klimabedingungen. Si verbessert die Wasseraufnahme und reduziert den Wasserverlust, sodass Pflanzen auch unter Dürrebedingungen Turgor und Wachstum aufrechterhalten können.
  3. Erhöhter Ertrag und Qualität der Pflanzen: Stärkere und schwerere Gewebe sowie erhöhte Photosynthese-Wachstumsraten führen zu Ertrags- und Qualitätsverbesserungen.
  4. Verbesserte Nährstoffaufnahme: Widerstand gegen Schwermetalltoxizität und verbesserte Aufnahme nützlicher Nährstoffe.

Diese Vorteile zeigen sich sowohl bei der Wurzelzonenanwendung in Hydrokulturen als auch bei Blattanwendungen. Front Row Si ermöglicht die Wurzelbewässerung oder Blattanwendung und trägt so dazu bei, die Vorteile von MSA in Ihrem Garten zu nutzen.

Quellen:

Chen, D., Wang, S., Yin, L. und Deng, X., 2018. Wie vermittelt Silizium die Wasseraufnahme und den Verlust von Pflanzenwasser bei Wassermangel? Grenzen der Pflanzenwissenschaft, 9.

Savvas, D. und Ntatsi, G., 2015. Biostimulierende Aktivität von Silizium im Gartenbau. Scientia Horticulturae, 196, S. 66-81.

Zellner, W., Tubaña, B., Rodrigues, F. und Datnoff, L., 2021. Die Rolle von Silizium bei der Reduzierung von Pflanzenstress und warum dieses Element nicht routinemäßig zur Verwaltung der Pflanzengesundheit eingesetzt wird. Plant Disease, 105(8), S. 2033-2049.

Yongchao Liang, Wenhua Zhang, Qin Chen, Youliang Liu, Ruixing Ding, Wirkung von exogenem Silizium (Si) auf die H+-ATPase-Aktivität, Phospholipide und die Fluidität der Plasmamembran in Blättern von salzbeanspruchter Gerste (Hordeum vulgare L.), Umwelt- und Experimentelle Botanik, Band 57, Ausgabe 3, 2006, Seiten 212–219,

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