植物营养中的硅元素是条“硬汉”

1、植物营养中的硅元素是条“硬汉”编者唠：本文查阅中国硅肥营养研究与硅肥应用中 的文献发现， 植物营养中的硅能使作物拥有抗病性、 抗虫性、 抗旱性、抗弱光性、抗重金属毒害、抗紫外线伤害等等。可 谓能力“爆表”，堪称“硬汉”经。常有人抱怨， 桃瓜梨枣怎么没 有原来好吃，外形不如原来好看。原因呢？关键是农作 物营养失衡所致，需要营养调节。谁能担此重任呢？ 国内 外土肥学家指出， 硅肥是一种很好的植物调节性肥料 /保健肥 料，可以说是植物的一款“健康粗粮”。目前市场上也有含硅 的肥料，如水溶性硅肥、 硅镁肥、钙镁磷肥、 硅钾矿物肥料、 含硅植物营养调理品等，但即便有“硅肥”的称呼，也不能正 名，有的未能

2、在国家工商行政部门登记在册。 “中国硅肥之父” 蔡德龙在表示对硅肥没有”户口“的现状感到很是尴尬和委屈。 一、植物营养元素硅简介早在 1804 年， De Saussure 就发 现植物中含有硅，此后植物能从土壤中吸收硅的习性逐渐获 得了早期植物学的公认。 1840 年，德国化学家李比西提出 矿物营养理论时， 把硅列为与氮磷钾一样重要的元素。 有 160 多年历史的世界最早的英国洛桑肥料试验站， 110 多年连续 试验证明，硅具有活化天然磷的作用。硅在植物营养学 书中归为植物有益元素，是水稻等禾本科作物的必需营养元 素。硅在土壤中主要存在于土体和土壤溶液中，或被吸附在土壤胶体表面。在土壤溶液中

3、 ,硅主要以单硅酸 (H4SiO4) 即 Si(OH)4 的形态存在。土壤有效硅含量通常作为衡量土壤供 硅能力的指标。它受气候条件、土壤 pH 值、成土母质、土 壤粘粒、施用有机肥、土壤水分及土壤温度等因素的影响。 研究发现， Si 在植物体内的存在形式主要是硅酸 (SiO2 nH20)和多聚硅酸，其次是胶状硅酸和游离单硅酸Si(OH)4 。目前认为 ,栽培作物的含 Si 量可分为三类 :一是含 Si 量很高的植物，在5%20%,如水稻；二是含 Si量中等的植 物,在2%4%,如小麦、大麦、燕麦等；三是含 Si量很低的 植物 ,在 1% 以下，如豆科植物和双子叶植物。据Thiagalingam

4、 等对包括豆科、 谷类等 22 种植物的研究表明 , 植物含硅量的顺序是 :谷类作物 牧草 蔬菜 果树 豆科。除 了上述植物物种差异以外，植物体内硅的含量还受植物的部 位、生育期、栽培方式、环境条件等多种因素的影响。 Si 在 植物体内的分布是不均匀的。二、从功能作用及其机理证明 植物硅元素是条“硬汉”2抗.1病能力及其机理： ( 1)水茂兴等学者( 2000 年)从植物病理学研究证明了稻温病最易感 染时期是新叶展开的最初几天，过了这一时期(新叶展开 4 天后)即不再感染。供硅使新叶组织硅质化，有效地阻碍病 菌侵入，使叶瘟病发生显著降低。从电子探针分析可知，施 硅处理新嫩叶片表皮已有明显哑铃状

5、硅化细胞出现，乳突粗 大。X-射线硅的能谱分析在硅化细胞和乳突处出现较高的峰，表示该处硅分布密度较高， 即固体化； 而不施硅 / 硅缺乏处理 则相反。硅沉积在乳突体、表皮层或受真菌侵染部位、伤口 处的硅增加了植物细胞壁的机械强度， 起到天然的“机械或物 理屏障”作用。（2）硅促进了作物根和叶片细胞壁对抗白粉病 侵袭的局部防御区的形成，诱导酚类物质沿细胞壁积累，破 坏病原菌吸器的完整性，限制真菌孢子萌发、吸器形成和菌 丝生长。（3）硅参与了寄主与病原菌作用的代谢过程。硅诱 导作物过氧化物酶和多酚氧化酶活性的增加并化合物聚合 形成坚固的屏障，并形成木质素，形成木质素过程中诱发产 生的植保素而增强植

6、物对病原菌的抵抗能力。 （ 4）硅可以诱 导植株产生抗毒素，诱导对真菌有毒的物质积累在被真菌侵 染的作物叶片表皮层细胞中，调节类黄酮类抗毒素在黄瓜叶 片的积累量，有效提高作物的抗病性。 2 2 抗虫能力及其 机理：硅增强作物细胞壁（硅化细胞壁）的物理特性及诱导 作物产生毒素都是硅影响食草性生物危害程度的重要因素。 植物细胞壁的力学特性直接影响植物受损的程度,含硅量较高的植物 ,由于硅化结构体填充在由纤维素胶团组成的细胞 壁孔隙中 ,故可增强叶片的机械强度 ,进而阻止昆虫颚的撕裂 作用或幼虫刺入和抵御各种外力的侵入。 2.3 抗倒伏能力及 其机理：硅使植物机械组织细胞硅质化，表皮细胞的外侧细 胞

7、壁中纤维素微团空隙被硅胶充满为硅 -纤维膜， 与角质层形 成角质 -硅质双层结构， 使茎叶硬度增强。 2.4 抗旱能力及其 机理：（1）硅化作用。硅可以在水稻叶片及叶鞘表皮细胞上 形成“角质双硅层”，这种结构可有效屏蔽水分或水气渗透 , 保持细胞膜结构和功能的稳定性 ,使植物的凋萎减轻 ,蒸腾作 用降低 ,保持细胞膜结构和功能的稳定性 ,以减少叶面水分消 耗，降低呼吸速率， 防止茎叶萎蔫和下垂， 从而增强抗旱性。 对施硅玉米叶片细胞进行了电镜照片分析认为，施硅改变了 玉米叶片细胞形态结构 ,使细胞腔明显变小 ,细胞壁变皱、变 厚 ,减少了玉米植株体内水分的渗透 ,抑制了植株内水分的无 益蒸腾。

8、（2）硅参与了干旱胁迫下作物的代谢活动。马成仓 认为硅可以明显提高超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘 肽还原酶的活性，提高脂质不饱和脂肪酸、光合色素、可溶 性蛋白和总硫醇的含量及小麦叶片净 CO2 同化速率。硅增 加了叶片中各种色素的含量，提高了小麦的净光合作用，并 使得干旱胁迫下小麦的光合午休不明显。一天当中中午作物 蒸腾强烈 ,植物受到水分胁迫而关闭气孔 ,同时也就抑制 CO2 的吸收 （即植物光合 /午休现象 ）,由于硅能使水分胁迫减轻 ,因 此可以缩短强光条件下叶片的光 /睡眠时间 ,使干物质增加。 （3）硅可以影响气孔运动和细胞汁液浓度。随着硅酸的加 入，玉米植株气孔的蒸腾速率明显降

9、低；施加硅酸的玉米植 株木质部汁液流动速度比未施加硅酸的玉米植株降低 20 % ， 表明硅的沉积导致木质部导管汁液的亲和力增加。 2.5 耐盐 能力及其机理： （1）硅促进盐胁迫下作物对钠、钾的选择性吸收。徐呈祥等认为硅在盐胁迫下作物根系等器官对Na+ 、K+ 的选择性吸收与区隔化机制中可能起重要作用。 （2）硅有 利于稳定盐胁迫下作物细胞膜的完整性、稳定性和功能性。 硅有利于稳定盐胁迫下作物叶细胞的超微结构，提高叶绿体 膜结构的完整度，减轻盐胁迫对基粒超微结构的损伤，改善 细胞的长宽比例，使细胞更趋向于圆形，同时减少盐胁迫引 起的畸形细胞，使细胞保持较旺盛的分裂和代谢能力，增强 细胞的耐盐性

10、。 （ 3）硅参与作物代谢过程。硅提高盐胁迫下 作物叶片酶活性，减少膜氧化带来的伤害，维持膜的最佳流 动性。 2.6 抗紫外线胁迫能力及其机理：紫外线辐射可以对 作物生物大分子产生直接伤害，同时又激发植物体活性氧的 产生而引起氧化伤害。作物类黄酮和其他酚类物质可以通过 避免活性氧类物质的积累而减轻紫外辐射的伤害，因为这些 化合物主要集中于叶片表皮细胞并具有较强的紫外线辐射 吸收能力。硅在作物叶片表面的积累与酚类化合物的合成相 关联。硅可以诱导活体类黄酮及酚类物质的积累，提高酚类 物质的含量，调节酚类物质的释放速度，增加酚类物质代谢 的酶活性，有效提高水稻叶片的抗紫外线能力。 2.7 抗重金 属

11、胁迫能力及其机理：重金属通过植物 （初级生产者 ）经食物 链传递进入人体 ,对保证食物质量和食品安全及人体健康意 义重大。（ 1）硅与重金属在介质和作物体内发生沉淀。 ?硅 提高了土壤 pH 值，促进了重金属离子的沉淀及硅酸盐复合物的形成，降低了土壤中活性重金属离子的浓度及其流动 性。 ?Baylis 等（1994） 认为施硅对重金属镉也有可能存在 Si-Cd 复合物形态 ,发生沉淀，从而降低镉的有效性。 ?硅与 重金属离子在根的外层细胞壁共沉积，限制其从根部向茎部 的运输，降低了植株共质体中重金属离子的浓度。王永锐等 认为 ,由于可溶性硅酸盐在水溶液中水解生成凝胶状H4SiO4 ，可吸附有毒

12、金属离子及其它有害物质 ,这可能是硅缓解毒害 作用的原因之一。 2.8 抗冻害能力及其机理：表皮细胞角质 硅质双层的形成 ,增强了表皮的坚韧性 ,从而有利于提高植 株的抗寒性。在美国 , Ulloa 和 Anderson 报道了硅钙肥可增 强甘蔗对寒冷的忍耐力。根据 Ulloa 的研究 ,在条播甘蔗中使 用硅肥的试验结果表明 ,硅可缓解甘蔗的冻害。 2.9 抗弱光能 力及其机理： （ 1）硅提高植物类胡萝卜素的含量，类胡萝卜 素可提高光合电子传递量子效率，增强植物抵御午间强光和 高温的能力，减轻光抑制程度； （ 2）硅显著降低植物的蒸腾 速率，提高水分利用率； （3）硅可降低烟草暗呼吸速率光补

13、 偿点、C02补偿点，提高光饱和点、表观量子效率、C02饱 和点、和R uBP羧化效率。弱光胁迫即通常所说的光照强度 不足，是指环境中的光强持久或短时间显著低于光饱和点， 但不低于限制植物生存的最低光照强度时的光环境。光照强 度不足最直接的影响就是叶片叶绿素含量和光合作用降低， 最终导致减产、品质降低等问题。已有研究表明，硅可以提 高水稻、甘蔗、小麦、番茄、黄瓜、烟草等的光合作用，使 植物对光能的利用率提高 20-25% 。 2.10 其他功能及机理： 硅肥可以改善农作物果实的色、 香、味等感官效果。 近年来， 身边的朋友和上了年纪的亲人越来越多地抱怨，西瓜、苹果 不甜，大米、小麦不香，番茄歪

14、歪扭扭，黄瓜一头大一头小 等等，其实这些都是在某种程度上氮肥施用过多、速生时作 物营养失衡所致。而硅肥作为一种土壤中固有的天然矿物肥， 不仅自身有益于作物生长，而且还可以调节作物的不同阶段 对氮、磷、钾等其他元素的营养需求，在其他元素施用过量 时有抑制供给的作用。 硅肥的调节作用可以在本质上改善 作物的营养成分，使瓜果类的糖分和维生素、花生的脂肪、 谷物的淀粉、 小麦的蛋白质含量等明显提高。 世界“硅肥之父”、 日本山梨大学教授小林均等人做的试验表明，施过娃肥的水 稻质量较之未施娃肥的要提高 12个等级；浙江省土肥站 的试验也表明，施过硅肥的甘蔗糖度较之未施硅肥的也要提 高 2 3 度。上述两

15、方面的作用机理在于，硅肥有助于作物 根系的生长发育，增强吸收能力；同时，它还可以关闭植物 表面气孔，减少植物体内水分蒸腾，保证养分有效供给，使 作物所需 营养始终处于充分、均衡状态，不致于因速生而 使营养失调。此外，硅肥使作物形成的娃化细胞的细胞壁， 其坚硬是其他肥料所无法企及的，有助于细胞群的有序排列 组合，使作物形状完美。这些作用机理，使作物的感官效果 赏心悦目，而在本质上则是作物品质的改善。二、肥料家族 成员 -硅的农业应用现状与建议 3.1 农业对硅肥的需求大需 求蔡德龙认为，我国的硅肥研究进展缓慢，主要是因为氮磷 钾肥料的推广应用比国外晚。黄河、淮河、长江三大河流中 下游流域有效硅的

16、含量在百万分之十以下，比世界上已经广 泛使用硅肥的日本、菲律宾、韩国等国河流中有效硅含量都 要低。我国土壤大面积缺硅土地抽样测量表明： 全国有 50 % 即 10 亿亩左右的耕地缺硅，另外，环保部和国土资源部联 合发布全国土壤污染状况调查公报显示，全国土壤总的 点位超标率 16.1% ，耕地总体情况不容乐观，部分地区土壤 污染严重，耕地点位超标率 19.4% ，土壤镉超标率 7.0% ， 土其中镉重度污染点位比例为 0.5% ，土壤环境质量堪忧。 加大硅肥的研究推广与应用，就能改善污染土地的各项指标。每年需要3000万3500万吨硅肥，市场容量 5001000 亿。3.2 硅肥“个性低调”，需

17、农化服务推广由于硅元素是个“不 爱动分子”，可以持久保持肥效，但也正是它的“不爱动”，即 使把硅肥施于作物根部周围，也不容易进入根圈。要根据作 物和土壤选择不同的施肥方式。根据我国的实际情况，国家 测土配方已把是否缺少二氧化硅作为技术标准。目前，中国 的农化服务水平相对落后，大多数农化服务工作者的推广重 点在氮磷钾锌钙硼等元素上，由于这些元素一旦缺乏会在植 物叶、花、果等部位明显表现出来，相比之下硅的缺乏症状 就显得“低调”了，导致许多农化服务人员一度认为只有水稻 是需“硅”的，其他作物并不需要额外补充。其实，大多数作 物生长过程都需要硅元素的参与。 3.3 硅肥是出身低，没“户 口”在众人眼

18、里，含硅肥料是由磷化工的废渣或硅矿石， 矿物 石头“烧”出来的，什么炉渣、炼铁水淬渣、黄磷电炉渣、粉 煤灰等等是“磨”出来的。日本、韩国等国非常重视硅肥的施 用，他们从中国进口钙镁磷肥等含硅肥料，自己也研发了各 种水溶性硅肥。 如钙镁磷肥参考日本标准， 除规定 P2O5 含 量外，还标明有效 MgO 、有效 SiO2 含量及碱度。即便”硅 肥“的称呼，现在也可以说是名不正言不顺， 未能在国家工商 行政部门登记在册。 硅肥处于没有”户口“的现状。3.4 硅肥科 学应用才能发挥其价值（ 1 ）控制用量，适量施硅。硅肥施 用也有“临界值”研究表明，适量施硅可显著促进番茄生长， 以 1.2 mmol/L 硅浓度处理效果较好， 如进一步提高硅浓度至 1.8 mmol/L, 反而抑制番茄生长。 土壤供硅能力是确定是否施 用硅肥的重要依据。土壤缺硅程度越大，施肥增产的效果越 好，应根据不同地块土壤有效硅的含量与硅肥水溶态硅的含 量确定硅肥施用量。严重缺硅的土壤可适量多施，而轻度缺 硅的土壤应少施。 （ 2）与氮磷钾等元素配施，协同作用。郭 彬等研究发现氮、硅肥配施水稻有效穗数