Trong cơ thể, silic (Si) có trong các mô liên kết, xƣơng sụn và gân do silic tham gia quá trình sinh tổng hợp của các tổ chức này. Cơ thể ngƣời chứa khoảng
1,4g silic, trong đó hàm lƣợng silic ở động mạch, da, tuyến ức giảm dần theo độ tuổi, nhƣng hàm lƣợng silic lại ổn định trong các cơ quan nội tạng. Silic đƣợc đƣa vào cơ thể qua đƣờng thức ăn, tan rất nhanh và đƣợc phân bố đi khắp cơ thể. Silic có nhiều trong thức ăn có nguồn gốc thực vật. Nhu cầu cơ thể khoảng 5-30mg/ngày. Sự bài tiết silic ra ngoài chủ yếu qua đƣờng tiết niệu. Trong cơ thể, silic tác động đến nhiều quá trình canxi hóa xƣơng, là thành phần của hợp chất collagen của mô liên kết. Nếu bị thiếu silic sẽ làm ức chế quá trình tổng hợp mucopolysaccharide cần thiết cho sự hình thành xƣơng sụn. Khi bị giảm hàm lƣợng silic trong động mạch chủ sẽ dẫn tới xơ cứng động mạch. Sự xơ hóa động mạch, xơ hóa khớp và mô liên kết chủ yếu do rối loạn sử dụng silic hoặc sự thoái hóa theo độ tuổi.
Silic giúp cây trồng cứng cáp, tăng khả năng quang hợp, chống lại sự tấn công của sâu bệnh và các yếu tố môi trƣờng bất lợi nhƣ nhiễm mặn, hạn, úng, ngộ độc kim loại, giúp loại bỏ sự mất cân đối dinh dƣỡng có hại giữa kẽm và lân. 1 ha lúa cho năng suất 5 tấn thóc sẽ lấy 230 – 470 kg silic từ đất. Nhu cầu silic ở cây trồng cao gấp 8 lần nhu cầu kali, gấp 4 lần nitơ [20]. Để có một tấn lúa, cây lúa hấp thụ khoảng 20kg N, nhƣng cần hấp thụ đến hơn 80kg silic. Nhƣ vậy, silic là dƣỡng chất có lợi vì làm gia tăng sự sinh trƣởng, phát triển và năng suất của lúa. Silic giúp lá, thân và rễ cây cứng cáp. Khi cây trồng có đủ silic, lá đứng thẳng nên hấp thu đƣợc nhiều ánh sáng, làm gia tăng khả năng quang hợp của cây, thân cứng ít bị đổ ngã, giảm đƣợc tỷ lệ hạt lép và lửng. Tuy nhiên, nhu cầu silic thấp ở giai đoạn sinh dƣỡng, nhƣng lại rất cao ở giai đoạn sinh sản.
Khi cây đƣợc cung cấp đủ silic thì hàm lƣợng silic trong lá gia tăng. Sự tích tụ silic trong lớp tế bào biểu bì trên bề mặt lá là rào cản vật lý ngăn chặn sự xâm nhiễm của bệnh đạo ôn lá. Một cơ chế khác giúp lá chống lại sự xâm nhiễm của bệnh đạo ôn là sự hình thành hợp chất silic-hữu cơ giúp ổn định vách tế bào, chống lại sự suy thoái của vách tế bào biểu bì lá dƣới tác dụng của những men do nấm bệnh tiết ra. Silic còn làm giảm bệnh đốm nâu trên lúa, đạo ôn cổ bông, khô vằn, lép hạt do nhiều loại nấm gây ra và cháy bìa lá cũng nhƣ tuyến trùng rễ, bón bổ sung 3 tấn SiO /ha cho năng suất lúa tăng 12% [20].
Silic phát huy tác dụng của thuốc trừ nấm. Kết hợp bón silic với phun thuốc trừ nấm làm gia tăng tác dụng của thuốc Benomyl, Mancozeb, Edifenfos, từ đó làm gia tăng năng suất cây trồng. Silic giúp giảm số lần sử dụng thuốc hoặc giảm nồng độ thuốc sử dụng. Ở đất phèn, silic còn giúp cây trồng ngăn ngừa ngộ độc mangan và sắt bằng cách nở rộng đƣờng vận chuyển oxi từ lá xuống rễ, giúp rễ nhận đƣợc nhiều oxi hơn để oxit hóa sắt và mangan, làm các chất này không còn hòa tan trong dung dịch đất, hạn chế sự hấp thụ của rễ cây đối với những độc chất này.
Silic là một chất khoáng chiếm khoảng 28% bề mặt vỏ trái đất, là một nguyên tố quan trọng với hàm lƣợng đứng hàng thứ hai trong đất. Khoáng sét chứa silic trong đất có thành phần cấu tạo chủ yếu là silic và nhôm. Trung bình nồng độ của silic có trong dung dịch đất từ 7 - 80 mg/lít SiO2 tùy từng loại đất. Ở vùng nhiệt đới ẩm, mức độ phong hóa diễn ra mạnh mẽ, chủ yếu là sự phân hủy silic, hậu quả là tạo ra đất bạc màu chứa nhiều oxit sắt, oxit nhôm, nghèo dƣỡng chất bazơ và silic. Loại đất xám bạc màu này đƣợc tìm thấy nhiều ở các tỉnh miền Đông Nam bộ, một số huyện ở Đồng bằng Sông Cửu Long, trong đó có huyện Giang Thành - Kiên Giang. Sự rửa trôi silic có thể là nguyên nhân làm cho sản xuất nông nghiệp ở những vùng này kém phát triển. Đối với vùng đất phù sa trẻ giàu silic, nhƣng cây trồng cũng có thể không hấp thu đủ silic khi cây đƣợc bón quá nhiều phân đạm. Bón silic cho đất nghèo silic giúp cho cây trồng giảm sự nhiễm bệnh do nấm, vi khuẩn, tuyến trùng và cải thiện năng suất là một kỹ thuật phù hợp với khái niệm quản lý dịch hại một cách thân thiện với môi trƣờng, giúp canh tác đƣợc bền vững.
Nhà khoa học ngƣời Mỹ, Julia Cooke nhận định lâu nay chúng ta chƣa đánh giá đúng vai trò của silic trong đời sống của thực vật [100]. Ở Pakistan, silic đƣợc biết nhƣ là nguyên tố dinh dƣỡng nên nhu cầu dùng phân có silic đã giúp cây trồng cải thiện đáng kể tính chống chịu với các tác nhân gây bệnh. Các kết quả nghiên cứu này đã đặt ra yêu cầu phải đánh giá lại vai trò của silic nhƣ là nguyên tố dinh dƣỡng thiết yếu. Silic hiện diện trong một số cây trồng với số lƣợng lớn có thể sánh với canxi, lƣu huỳnh và ngay cả lân. Do vậy, cần cân nhắc xem silic nhƣ là nguyên tố trung lƣợng đối với cây lớp một lá mầm. Ở Nhật, Bộ Nông nghiệp, Lâm nghiệp
và Thủy sản nƣớc này công nhận xỉ canxi silicat là phân bón cung cấp silic từ năm 1955 và phân bón silic đã có nhiều hứa hẹn trong việc tăng năng suất, giữ ổn định sản xuất cho Nhật. Ở Trung Quốc, việc bón phân bổ sung silic cho ngô với lƣợng bón khoảng 40kg/mẫu (667m2) cho sản lƣợng tăng 7,9%-12,3%. Cụ thể, nếu bón lót 35-50kg silic/mẫu sản lƣợng tăng 6,7% -19,1%; bón thúc 40kg silic/mẫu sản lƣợng tăng 17,4% - 21,4% [136, 150].
Silic là nguyên tố rất giàu trong lớp vỏ trái đất, ít ai nghĩ rằng đất trồng thiếu silic. Tuy nhiên, silic trong đất hầu hết nằm ở dạng không hòa tan gồm cát, khoáng thạch anh và dioxit silic. Vì hầu hết các hợp chất chứa silic nằm ở dạng trơ nên silic hữu hiệu trong đất rất thấp. Việc nghiên cứu tái sử dụng phụ phẩm nông nghiệp để cung cấp trực tiếp các chất dinh dƣỡng hữu cơ sẵn có, trong đó có silic tồn tại dƣới cấu trúc hữu cơ giúp cây trồng dễ hấp thu hiện chƣa đƣợc quan tâm.
1.4.4. Vai trò của các nguyên tố vi lượng đối với cây trồng.
Vai trò sinh lý và sinh hóa của các nguyên tố vi lƣợng thể hiện ở nhiều mặt. Chúng tồn tại trong các men, vitamin, hoocmon [5]... Vi lƣợng thúc đẩy sự trao đổi chất trong cây, tác động đến các quá trình sinh lý, sinh hóa, ảnh hƣởng đến quá trình tổng hợp diệp lục, nâng cao cƣờng độ quang hợp, tăng cƣờng khả năng chống chịu hạn, sâu bệnh và các điều kiện bất lợi của môi trƣờng nhƣ nóng, lạnh, hạn hán, úng ngập... Khi thiếu một vi lƣợng nào đấy thì hoạt tính của men chứa nó giảm đi rất nhiều. Mỗi nguyên tố vi lƣợng có vai trò riêng trong đời sống thực vật, trong sinh trƣởng, phát triển, năng suất cây trồng.
+ Magie (Mg): Hàm lƣợng magie trong hạt khoảng 0,13-0,54%: hạt bông - 0,54%, hạt hƣớng dƣơng 0,51%, trong thân lá ngô 0,2-0,3%, trong lá rau 0,1% tỷ lệ chất khô [4]…. Magie có trong thành phần của diệp lục, có vai trò rất quan trọng đối với đời sống của cây trồng: đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp diệp lục, ảnh hƣởng đến các hoạt động quang hợp và hấp thu của cây; điều chỉnh pH trong tế bào, giữ pH nằm ở phạm vi thích hợp với hoạt động sinh lý của cây. Đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp protein nhƣ một tác nhân vận
chuyển Riboxom. Magie tham gia nhiều phản ứng hoạt hóa enzim trong các quá trình tổng hợp ATP, điều chỉnh việc phân chia sản phẩm đồng hóa giữa việc tổng hợp tinh bột và chuyển triozơ photphat ra khỏi lục lạp… Ngoài ra, magie còn tham gia vào việc chuyển hóa năng lƣợng và đồng hóa lân của cây, tạo thuận lợi cho việc hình thành lipit trong cây có dầu, tăng sức trƣơng của tế bào, góp phần ổn định cân bằng nƣớc trong tế bào tạo điều kiện cho các quá trình sinh học trong tế bào xảy ra bình thƣờng.
+ Bo (B) là nguyên tố vi lƣợng rất quan trọng với cây trồng, ảnh hƣởng đến hoạt động của một số enzim, nó có khả năng tạo phức với các hợp chất polihidroxi khác nhau. Bo làm tăng khả năng thấm ở màng tế bào, giúp cho thành tế bào vững chắc, ảnh hƣởng đến quá trình phân chia tế bào và quá trình thụ phấn ở cây, đóng vai trò trong sự hình thành phấn hoa. Thiếu bo phấn hoa không hình thành đƣợc, hoa rụng, không tạo đƣợc hạt hoặc hạt lép [4]. Bo tăng cƣờng sự tổng hợp và vận chuyển hidratcacbon, các chất sinh trƣởng và axit ascobic từ lá đến cơ quan tạo quả. Thiếu bo, sự trao đổi hidratcacbon và protein giảm, đƣờng và tinh bột bị tích lũy ở lá dẫn tới đỉnh sinh trƣởng bị chết. Bo ảnh hƣởng tới sự hấp thu và sử dụng canxi của cây, giúp điều chỉnh tỉ lệ K/Ca trong cây. Ngoài ra, bo cũng là nguyên tố điều hòa nitơ trong thực vật. Hàm lƣợng bo trong cây trồng khoảng 4,7 - 8,1mg/kg chất khô, riêng trong khoai tây hàm lƣợng bo là 10-13mg/kg. Lƣợng bo trong đất mất đi sau mỗi vụ thu hoạch khoảng 30 - 270g/ha. Bo là nguyên tố ít di động nên triệu chứng thiếu bo thƣờng bắt đầu xuất hiện ở các bộ phận non của cây, đỉnh sinh trƣởng chùn lại, héo khô, lá non biến dạng, gấp nếp và mỏng. Thiếu bo làm sự phát triển của rễ bị ảnh hƣởng, các rễ cây nhỏ, mỏng, đầu rễ thƣờng bị chết hoại. Đối với ngô, thiếu bo làm cây thấp, khả năng trỗ cờ kém, bắp và hạt nhỏ, lõi lớn, số hạt trên bắp ít. Ở cây bông, hoa rụng nhiều, xuất hiện các vết nứt gãy, mất màu trên nụ.
+ Lƣu huỳnh (S) tham gia quá trình tổng hợp 3 axit amin chứa lƣu huỳnh cần thiết để tổng hợp protein (cystein, cystin, methionin), tạo clorophil, tổng hợp vitamin, glutamin, coenzim A, tạo thành các glucozit, thành phần chủ yếu của các loại dầu thực vật, tạo thành liên kết đisunfua. Lƣu huỳnh góp phần tăng cƣờng khả
năng chống chịu lạnh và chịu hạn cho cây trồng, tạo thành ferrodoxin, một protein thực vật chứa sắt, có tác dụng nhƣ một chất mang điện tử trong quá trình quang hợp và cố định đạm nhƣ vi khuẩn nốt sần và vi khuẩn tự do, hoạt hóa men sunfualaza ATP, một loại enzim có chức năng chuyển hóa lƣu huỳnh. Hàm lƣợng lƣu huỳnh ở lá nhiều hơn trong rễ và củ. Nhu cầu lƣu huỳnh đối với cây trồng khoảng 15 - 35 kg/ha.
+ Đồng (Cu) có vai trò đặc biệt trong đời sống thực vật, là nguyên tố không thể thay thế đƣợc [4]. Đồng tham gia vào các quá trình oxi hóa, tăng cƣờng cƣờng độ các quá trình hô hấp. Đồng tham gia vào quá trình trao đổi N, thiếu đồng làm giảm quá trình tổng hợp protein. Trong cây, hàm lƣợng đồng chiếm 1,5 - 8,1mg/kg chất khô. Lƣợng đồng do cây trồng lấy đi từ 7,3 - 52,5g/ha.
+ Molipden (Mo) không chỉ có tác dụng đối với quá trình cố định N khí quyển của các vi khuẩn cố định đạm trong nốt sần của cây họ đậu và vi khuẩn sống tự do trong đất mà nó còn cần cho các hoạt động sống bình thƣờng của thực vật. Molipden tác động đến quá trình khử nitrat và sinh tổng hợp axit amin, tham gia vào trao đổi hidratcacbon, tổng hợp vitamin và chất diệp lục. Hàm lƣợng molipden trong cây khoảng 0,1 - 0,93mg/kg chất khô [4].
+ Mangan (Mn) có trong thành phần các men tham gia vào quá trình oxi hoá - khử [4]. Thiếu mangan rễ phát triển yếu, cây dễ bị nhiễm bệnh, năng suất giảm rõ rệt. Hàm lƣợng mangan trong cây 30-80mg/kg chất khô. Lƣợng mangan do mùa màng lấy đi 112-695g/ha.
+ Coban (Co) nằm trong thành phần của vitamin B12 [4]. Thiếu coban sẽ ảnh hƣởng đến quá trình trao đổi chất trong cơ thể động vật. Coban tham gia vào quá trình cố định nitơ trong khí quyển của vi khuẩn nốt sần. Lƣợng coban chứa trong cây khoảng 0,2-0,6mg/kg chất khô.
+ Sắt (Fe) có vai trò quan trọng trong hoạt động sống của cây, là thành phần của các men tham gia vào quá trình tổng hợp sắc tố màu xanh [4]. Sắt là thành phần của một số protein đóng vai trò chìa khóa trong hệ thống enzim của cây: catalase,
peroxidase, cytochrome. Sắt có tác dụng điều chỉnh các quá trình oxi hóa - khử trong các hoạt động sống của thực vật. Hàm lƣợng sắt trong cây khoảng 0,02 - 0,03mg/kg chất khô. Lƣợng sắt do mùa màng lấy đi khoảng 1,5 - 2,2kg/ha.
Bảng 1.5. Nguyên tố vi lƣợng và men đƣợc hoạt hoá [4].
Nguyên tố vi lƣợng Men đƣợc hoạt hoá
Đồng Kẽm Molipden
Poliphenolaxidaza, ascobinoxidaza, lactaa, aldolaza. Enolaza, cacboanhidraza, pirophotphataza… Nitratreductaza, hydregenaza, xantinoxidaza
Bảng 1.6. Biểu hiện thiếu nguyên tố vi lƣợng ở một vài loại cây trồng.
Nguyên tố Biểu hiện Cây phản ứng rõ
B Lá non úa vàng và ngả màu nâu, chồi ngọn bị chết, hoa phát triển kém, lõi
than và rễ nhiễm bệnh, tế bào phân chia bị gián đoạn
Họ đậu, họ cải, cần tây, nho, táo, lê
Zn Vàng giữa gân lá, lá hình hoa thị ở cây ăn quả, trên lá xuất hiện đốm đỏ tím
Các loại cốc (ngô), họ đậu, lanh, nho, cam quýt Cu Bệnh héo, bệnh đen, ngọn cây sùn có
màu trắng, tạo chuỳ yếu (đòng lúa cờ ngô…) sự hoá gỗ kém
Hoà thảo, hƣớng dƣơng, rau bina…
Mo Vàng mép lá, súp lơ cuộn kém, lá biến dạng và mép lá đỏ tía do thừa NO3-,
mô phôi bị phá huỷ
Họ cải, họ đậu
Fe Úa vàng giữa gân lá non Cam, quýt, nho, và một số cây kị canxi
Sự rối loạn trao đổi chất trong thực vật không chỉ do thiếu nguyên tố vi lƣợng gây ra. Khi thừa vi lƣợng cũng gây hại cho cây.
Bảng 1.7. Biểu hiện gây độc của nguyên tố vi lƣợng trên một số cây trồng [4].
Nguyên tố Biểu hiện Cây phản ứng rõ
B Vàng mép và đầu lá, đốm nâu trên lá, thời điểm sinh trƣởng, lá già cuốn lại
rồi chết
Hoà thảo, khoai tây, cà chua, dƣa chuột, hƣớng dƣơng…
Cu Lá xanh thẫm, rễ to, ngắn hoặc có dạng dây thép gai, tạo chồi kém
Hoà thảo, họ đậu, cam, quýt, layơn
Fe Lá màu xanh thẫm, phần trên mặt đất và rễ phát triển chậm, trên một số cây
lá có màu huyết dụ
Lúa, thuốc lá
Mn Úa vàng và lá già bị chết hoại, vết hoại màu đen nâu hoặc đỏ, MnO2 tĩch luỹ trong tế bào biểu bì, đầu lá khô, rễ gầy
còm
Hoà thảo, họ đậu, khoai tây, cải
Mo Lá ngả vàng hoặc nâu, rễ và chồi bên kém phát triển
Hoà thảo
Zn Úa vàng và chết hoại đầu lá, úa giữa gân lá non, cây phát triển kém
Hoà thảo, rau bina
Ni Úa giữa gân lá non, lá xanh xám, rễ gầy màu nâu
Hoà thảo
Al Cây sinh trƣởng kém, lá màu xanh thẫm, thân đỏ tía, chết đầu lá, hệ rễ
phát triển dị dạng
Hiện tƣợng thiếu vi lƣợng thƣờng thể hiện ở đất chua (đất nhiều cát, sáng màu) hoặc đất kiềm (đất nhiều vôi), ở đất thứa photphat, N, Ca, Mn, Fe và chế độ nƣớc không hợp lí. Bảng 1.8. Ngƣỡng hàm lƣợng các nguyên tố vi lƣợng trong đất [4]. Nguyên tố Hàm lƣợng, mg/kg Thiếu Bình thƣờng Thừa Cu B Zn Mn Mo Co I <6-15 <3-6 <30 <400 <1,5 <2-7 <2-5 15-60 6-30 30-70 400-3000 1,5-4 7-30 5-40 >60 >30 >70 >3000 >4 >30 >40