บทความนี้จะกล่าวถึงการใช้ซิลิกา (Si) ในการปลูกพืชไร้ดิน ได้แก่:
- ซิลิกอนในรูปแบบต่างๆ
- ความเกี่ยวข้องกับการเกษตรและปุ๋ยไฮโดรโปนิกส์
- ประโยชน์เชิงหน้าที่ของธาตุศรีในพืช
รูปแบบของซิลิคอน: ซิลิกา ซิลิเกต และกรดซิลิก ซิลิคอน (Si ในตารางธาตุ) ในขณะที่เป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสองในเปลือกโลกและเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับที่ 8 ในจักรวาล ไม่สามารถดูดซึมเข้าสู่พืชได้โดยตรง แม้ว่า Si ที่ละลายน้ำได้บางส่วนมีอยู่ตามธรรมชาติ แต่ Si ส่วนใหญ่บนโลกจะอยู่ในรูปของออกไซด์หรือซิลิเกตที่ไม่ละลายน้ำในดิน
ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าซิลิกา เป็นองค์ประกอบหลักของทรายและควอตซ์ แม้ว่าซิลิกาจะส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพของดิน แต่ก็ไม่สามารถใช้ได้โดยตรงสำหรับการดูดซึมของพืชและมีการจำกัดการใช้ในไฮโดรโปนิกส์เนื่องจากต้องใช้เวลาหลายเดือนถึงหลายปีในการสลายตัวให้อยู่ในรูปที่พืชสามารถดูดซึมได้ การใช้ทรายซิลิกาเป็นหลักในการปลูกพืชสวนคือเป็นสารเติมแต่งเพื่อเพิ่มการระบายน้ำและการเติมอากาศของดินหนัก เพื่อช่วยป้องกันสภาพน้ำขัง ทรายซิลิกายังสามารถใช้เป็นสื่อการเจริญเติบโตในระบบไฮโดรโปนิกส์บางประเภท เช่น การให้น้ำแบบหยดใต้ผิวดิน และเมื่อเคลือบด้วยพลาสติกเป็นซับสเตรตสำหรับถาดน้ำลดและน้ำไหล โปรดทราบว่าทรายซิลิกาเพียงอย่างเดียวเป็นสารตั้งต้นที่ไม่เพียงพอสำหรับพืชส่วนใหญ่ เนื่องจากทรายซิลิกาไม่ได้ให้สารอาหารหรือความสามารถในการกักเก็บความชื้น เมื่อใช้อย่างเหมาะสมเป็นสารเติมแต่งในดินหรือพื้นผิวไฮโดรโพนิกส์ ทรายซิลิกาสามารถเปิดโครงสร้างของดิน ปรับปรุงการเติมอากาศ และเพิ่มการระบายน้ำ
ซิลิเกต หมายถึงเมื่อ Si สร้างพันธะกับไอออนบวกของ Ca, K, Mg และ Na เกิดเป็นสารประกอบผลึกต่างๆ ซิลิเกตที่ใช้กันมากที่สุดในพืชสวนคือโพแทสเซียมซิลิเกต K2SiO3 แม้ว่าจะสามารถใช้แคลเซียมซิลิเกตและแมกนีเซียมซิลิเกตได้เช่นกัน เมื่อละลายในสารละลาย ผลิตภัณฑ์ซิลิเกตเหล่านี้จะให้ซิลิกา (PAS) ที่พืชมีอยู่ในปริมาณเล็กน้อยในรูปของกรดโมโนซิลิก ที่ความเข้มข้นสูง สารละลายโพแทสเซียมซิลิเกตอาจไม่เสถียรและเป็นเจล โพแทสเซียมซิลิเกตเป็นด่าง ดังนั้นจึงต้องใช้อย่างระมัดระวังในสารละลายปุ๋ยไฮโดรโพนิกเพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงค่า pH โดยรวมแล้ว สารประกอบซิลิเกตมีการใช้งานอย่างจำกัดในการปลูกพืชไร้ดิน เนื่องจากมีความสามารถในการละลายต่ำ มีลักษณะเป็นด่าง และซิลิกาที่มีอยู่ในพืชจำนวนเล็กน้อยที่ปล่อยออกมา
กรดโมโนซิลิก (MSA) (หรือที่เรียกว่ากรดออร์โธซิลิก) คือ H4SiO4 ซึ่งเป็นซิลิคอนรูปแบบเดียวที่พืชสามารถดูดซึมและนำไปใช้ได้โดยตรง รูปแบบของ Si ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ทั้งหมดจะต้องแตกตัวเป็น MSA เพื่อดูดซึมและให้ประโยชน์ต่อสรีรวิทยาและโครงสร้างของพืช เนื่องจาก SiO2 และซิลิเกตแตกตัวช้าและให้กรดโมโนซิลิกในปริมาณเล็กน้อย สูตรผลิตภัณฑ์ที่มี MSA บริสุทธิ์และเสถียรจึงเป็นที่ต้องการสำหรับการปลูกพืชไร้ดิน ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ เช่น Front Row Si มีซิลิกาที่มีอยู่ในพืชอย่างสมบูรณ์ในสารละลายที่เป็นน้ำที่เสถียร ผลิตภัณฑ์ MSA ช่วยให้ควบคุมระดับซิลิกาได้อย่างแม่นยำในปุ๋ยไฮโดรโปนิกส์ ไม่เปลี่ยนค่า pH และสามารถใช้เป็นสเปรย์ทางใบหรือรดรากได้
สารประกอบซิลิกาในปุ๋ย เคมี ของ Si ในสารละลายปุ๋ยอาจค่อนข้างซับซ้อน แต่ความจริงที่สำคัญที่ต้องจำไว้ก็คือ พืชสามารถดูดซับ MSA ได้เท่านั้น และ Si ในรูปแบบอื่นๆ มีประโยชน์เท่ากับความสามารถในการให้ MSA แก่พืชเท่านั้น ราก.
เพื่อให้ได้ ppm ที่เทียบเท่ากับ MSA ในสารละลายปุ๋ยที่มีสารประกอบซิลิเกตหลายชนิด (เช่น โพแทสเซียมซิลิเกต) จำเป็นต้องใช้อัตราการใช้ที่สูงขึ้นมาก Front Row Si แข็งแกร่งกว่าตัวเลือก Si อื่นๆ ส่วนใหญ่ถึง 10 เท่า ทำให้มีอัตราการใช้งานที่ต่ำกว่าและประหยัดค่าใช้จ่าย ด้วยผลิตภัณฑ์ Si ทางเลือก อัตราการใช้ที่สูงขึ้นจะมาพร้อมกับความยุ่งยากในการเติมโพแทสเซียมหรือไอออนอื่นๆ ส่วนเกินลงในสารละลายปุ๋ย และการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะต้องนำมาพิจารณาในอัตราส่วนธาตุโดยรวมของสารละลายปุ๋ย ตัวอย่างเช่น เพื่อให้ได้ซิลิกาที่ละลายน้ำได้ 13 ppm ในสารละลายปุ๋ยโดยใช้โพแทสเซียมซิลิเกต (สมมติว่า มี ซิลิกา ในพืช 8.5%) อัตราการใช้จะเท่ากับ 0.6 กรัม/แกลลอน ทำให้มีโพแทสเซียมเพิ่มขึ้น 40 ppm นอกเหนือไปจากซิลิกา . โพแทสเซียมส่วนเกินนี้ต้องคำนึงถึงเพื่อรักษาอัตราส่วนที่เหมาะสมของธาตุหลักอื่นๆ เช่น ไนโตรเจนและฟอสฟอรัส นอกจากนี้ ซิลิเกตจะเพิ่มค่า pH ของสารละลายปุ๋ยอย่างมีนัยสำคัญ และต้องผสมอย่างเหมาะสมเพื่อป้องกันปฏิกิริยากับไอออนที่เป็นกรด Front Row Si เติม MSA 13ppm ในสารละลายในอัตรา 0.5 มล./แกลลอน โดยไม่เพิ่ม K ไอออนหรือ pH ของสารละลายเปลี่ยนแปลง
จากประเด็นข้างต้น ผู้เพาะปลูกจำนวนมากขึ้นกำลังใช้ผลิตภัณฑ์ MSA ที่เสถียรและมีความบริสุทธิ์สูงเพื่อส่งซิลิกาโดยตรงในรูปแบบที่พืชสามารถใช้ได้ ทั้งในสารละลายอาหารสัตว์และผ่านทางใบ
ตอนนี้เราได้กล่าวถึงภาพรวมของสารประกอบซิลิกาและความเกี่ยวข้องสำหรับการใช้งานแบบไฮโดรโปนิกส์แล้ว ในหัวข้อถัดไป เราจะดูที่ผลกระทบเชิงหน้าที่ของซิลิกาในพืช
ประโยชน์ของซิลิกาและกรดซิลิซิค แม้ว่าซิลิกาจะไม่ใช่สารอาหารที่จำเป็นสำหรับพืชตามคำนิยามดั้งเดิม (พืชยังคงสามารถผ่านวงจรการพัฒนาตามธรรมชาติของมันได้หากไม่มีมัน) แต่ก็เป็นส่วนสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช
ผลประโยชน์ของซิลิกาถูกสื่อผ่านกลไกต่างๆ รวมถึงการเสริมความแข็งแรงเชิงกล การควบคุมสมดุลของน้ำ การควบคุมการดูดซึมสารอาหาร การควบคุมยีน และการกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันของพืช
เมื่อพืชรวมเอาซิลิกาเข้าไปในเนื้อเยื่อ สิ่งนี้จะเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลของลำต้น ใบ และผนังเซลล์ ซึ่งสร้างเกราะป้องกันทางกายภาพต่อแมลงและเชื้อราที่ก่อโรค การวิจัยพืชผลทางการเกษตรมูลค่าสูงหลายชนิดแสดงให้เห็นว่าซิลิกาช่วยลดความถี่และความรุนแรงของโรคและการติดเชื้อศัตรูพืชได้อย่างมาก ความหนาแน่นและน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นของเนื้อเยื่อพืชยังมีส่วนช่วยให้ผลผลิตเพิ่มขึ้นในพืชหลากหลายชนิดที่มีการใช้ Si การสะสมของซิลิกอนในเนื้อเยื่อพืชทำให้เกิดความต้านทานต่อการขัดถูและการเจาะทะลุของเส้นใยของเชื้อราและแมลง ทำให้ความสามารถในการบุกรุกเนื้อเยื่อพืชลดลง
การขาดน้ำอาจเกิดจากปริมาณน้ำในโซนรากต่ำ ความเค็มมากเกินไปในโซนราก หรือการสูญเสียน้ำสูงจากการคายน้ำเนื่องจาก VPD และลมสูง การใช้ Si ช่วยเพิ่มความต้านทานของพืชต่อความเครียดจากน้ำและความสามารถในการรักษา turgor โดยเพิ่มการดูดซับน้ำจากรากและปรับอัตราการคายน้ำโดยลดการสูญเสียน้ำทางใบ ซิลิกอนช่วยเพิ่มการผลิตอะควาโพริน ซึ่งเป็นโปรตีนของท่อน้ำที่มีหน้าที่ในการเคลื่อนที่ของน้ำอย่างรวดเร็วผ่านรากและใบ ด้วยการปรับปรุงการดูดซึมน้ำและลดการสูญเสียน้ำ Si ช่วยให้พืชสามารถรักษาสมดุลของน้ำและ turgor ได้ดีแม้ในสภาวะแห้งแล้ง สิ่งนี้นำไปสู่การสังเคราะห์แสง การเจริญเติบโต และผลผลิตที่ยั่งยืน แม้ว่าน้ำจะมีจำกัดก็ตาม
Si ยังช่วยปรับปรุงคุณค่าทางอาหารของพืชภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยโดยการเพิ่มการดูดซึมสารอาหารที่เป็นประโยชน์และรบกวนการดูดซึมของสารที่เป็นอันตราย โดยเฉพาะโลหะหนัก การวิจัยแสดงให้เห็นว่าพืชที่ได้รับ Si ได้รับการปกป้องจากความเป็นพิษของโลหะหนัก และไม่แสดงการลดลงของการสังเคราะห์แสงและการเจริญเติบโตที่เราคาดหวังเมื่อสัมผัสกับโลหะหนักในดิน ในเวลาเดียวกัน Si ช่วยเพิ่มการทำงานของพลาสมาเมมเบรน H+-ATPase ทำให้การดูดซึมสารอาหารเข้าสู่เซลล์รากดีขึ้น ด้วยการปิดกั้นองค์ประกอบที่เป็นพิษและปรับปรุงการดูดซับสารอาหารที่เป็นประโยชน์ Si ช่วยให้พืชคงคุณค่าทางโภชนาการที่เหมาะสมไว้ได้แม้ในขณะที่เติบโตในสภาวะที่ไม่เหมาะสม
โดยสรุปแล้ว Si มีประโยชน์มากมายต่อสรีรวิทยาของพืช ซึ่งนำไปสู่:
- เพิ่มความต้านทานต่อความเครียดจากสิ่งมีชีวิต: ลดความถี่และระดับของการติดเชื้อราแป้ง บอทรีทิส และแมลง การสะสมของซิลิกอนในเนื้อเยื่อพืชสร้างสิ่งกีดขวางทางกายภาพต่อการเจาะและการให้อาหาร
- เพิ่มความต้านทานต่อความเครียดจากสิ่งมีชีวิต: สุขภาพและประสิทธิภาพของพืชที่ดีขึ้นภายใต้สภาวะความเครียดของน้ำ ความเค็มสูง ลม และสภาพอากาศที่ไม่เอื้ออำนวย Si ช่วยเพิ่มการดูดซึมน้ำและลดการสูญเสียน้ำ ทำให้พืชสามารถรักษาความขุ่นและการเจริญเติบโตภายใต้สภาวะแห้งแล้ง
- ผลผลิตและคุณภาพของพืชผลเพิ่มขึ้น: เนื้อเยื่อแข็งแรงและหนักขึ้น รวมทั้งอัตราการเติบโตของการสังเคราะห์แสงที่เพิ่มขึ้นซึ่งนำไปสู่การปรับปรุงผลผลิตและคุณภาพ
- การดูดซึมสารอาหารที่ดีขึ้น: ความต้านทานต่อความเป็นพิษของโลหะหนักและการดูดซึมสารอาหารที่เป็นประโยชน์ดีขึ้น
ประโยชน์เหล่านี้เห็นได้จากทั้งการใช้รูทโซนในการปลูกพืชไร้ดินและการใช้ทางใบ Front Row Si ช่วยให้สามารถรดน้ำทางรากหรือทางใบได้ ช่วยให้ได้รับประโยชน์จาก MSA ในสวนของคุณ
แหล่งที่มา:
Chen, D., Wang, S., Yin, L. and Deng, X., 2018. ซิลิกอนไกล่เกลี่ยพืชดูดซับน้ำและสูญเสียภายใต้การขาดน้ำได้อย่างไร? พรมแดนพืชศาสตร์ 9.
Savvas, D. และ Ntatsi, G., 2015. กิจกรรมกระตุ้นทางชีวภาพของซิลิกอนในพืชสวน Scientia Horticulturae, 196, หน้า 66-81
Zellner, W. , Tubaña, B. , Rodrigues, F. และ Datnoff, L. , 2021 บทบาทของซิลิคอนในการลดความเครียดของพืชและเหตุใดองค์ประกอบนี้จึงไม่ถูกใช้เป็นประจำในการจัดการสุขภาพของพืช โรคพืช, 105(8), pp.2033-2049.
Yongchao Liang, Wenhua Zhang, Qin Chen, Youliang Liu, Ruixing Ding, ผลของซิลิกอนจากภายนอก (Si) ต่อกิจกรรม H+-ATPase, ฟอสโฟลิพิดและความลื่นไหลของเยื่อหุ้มเซลล์ในใบของข้าวบาร์เลย์ที่เน้นเกลือ (Hordeum vulgare L.), สิ่งแวดล้อมและ พฤกษศาสตร์ทดลอง เล่มที่ 57 ฉบับที่ 3 พ.ศ. 2549 หน้า 212-219
