A review of silicon in soils and plants and its role in US agriculture: history and future perspectives

Resumo

O silício (Si) é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre e desempenha vários papéis importantes na nutrição mineral das plantas. Nos últimos 20 anos, a documentação científica sobre os benefícios do Si para as culturas ajudou a estabelecer a fertilização com Si como uma prática agronômica em muitas terras agrícolas ao redor do mundo. No entanto, muito pouca informação foi consolidada sobre o uso de Si especificamente para a agricultura dos EUA. Consequentemente, os objetivos desta revisão são fornecer (1) informações sobre a dinâmica do Si no solo, uso e fontes; (2) um histórico e documentação atualizada sobre pesquisas relacionadas ao Si em muitas áreas da agricultura de produção dos EUA; e (3) perspectivas sobre o Si como um nutriente benéfico para as plantas e o potencial da fertilização com Si como uma prática agronômica nos sistemas de produção de culturas dos EUA. Os mecanismos impulsionados pelo Si que aumentam a produtividade de uma ampla gama de culturas sob condições de estresse são discutidos nesta revisão. Com base no nível médio de produção dos últimos 10 anos e no conteúdo publicado de Si nos brotos, as principais culturas cultivadas nos Estados Unidos podem coletivamente absorver 9,55 milhões de toneladas de Si anualmente, enquanto a taxa anual de remoção de Si para toda a área agrícola dos EUA é estimada em 21,1 milhões de toneladas. Com base nesta taxa anual projetada de remoção de Si, adoção de sistemas de cultivo intensivo contínuo no país, baixa solubilidade do Si no solo e dinâmica química complexa do Si no solo, aumentar os níveis de Si disponível para as plantas através da fertilização é, portanto, previsto como uma prática agronômica lógica para a agricultura dos EUA.

Abstract

Silicon (Si) is the second most abundant element in the earth’s crust and plays a number of important roles in the mineral nutrition of plants. In the past 20 years, the scientific documentation on the benefits of Si to crops has helped establish Si fertilization as an agronomic practice in many agricultural lands worldwide. However, very little information has been consolidated on the use of Si specifically for US agriculture. Consequently, the objectives of this review are to provide (1) information on the dynamics of Si in soil, use, and sources; (2) a history and up-to-date documentation on Si-related research in many areas of US production agriculture; and (3) perspectives on Si as a plant beneficial nutrient and the potential of Si fertilization as an agronomic practice in US crop production systems. The Si-driven mechanisms enhancing the productivity of a wide array of crops under stressed conditions are discussed in this review. Based on the recent 10-year average production level and published shoot Si content, the principal crops grown in the United States can collectively take up 9.55 million tons of Si annually, whereas the annual Si removal rate for the entire US cropland area is estimated at 21.1 million tons. On the basis of this projected annual Si removal rate, adoption of continuous intensive farming systems in the country, low solubility of soil Si, and complex chemical dynamics of Si in soil, increasing plant-available Si levels through fertilization is therefore foreseen a logical agronomic practice for US agriculture.