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硅肥改善农作物品质的研究进展

时间:2016-09-05来源: 作者: 点击: 296次

贾建新1   李兆君2   蔡德龙3*  胡秀杰顾广年5刘国清6

1 山东省嘉祥县科技局,山东嘉祥 272400 ; 2中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与肥料重点实验室,北京100081 ; 3河南省科学院硅肥工程技术研究中心,河南郑州45000;,4山东远联化工有限公司,山东嘉祥272400 ; 5力拓肥料(沈阳)有限公司/沈阳市浑南区,110171 ; 6山东省嘉祥县农业局,山东嘉祥272400。

 

: 本文根据试验结果和参考文献,综述了硅肥施用对我国30种作物品质的良好效果。硅肥能够提高水稻出糙率和精米率、提高烟草质量、提高甘蔗和葡萄等的含糖量;增加苹果、葡萄、番茄的硬度或抗挤压强度,并增加油桃、草莓、茄子、芹菜的维生素C含量;提高油桃、生姜、大葱的蛋白质含量,增加草莓、茄子、大棚芹菜的叶柄可溶性固形物,降低大棚芹菜、番茄、苦瓜和葡萄的硝酸盐含量。文中从协调养分供应、提高抗逆性等方面深入讨论了硅肥改善农作物品质的机理,并展望了硅肥在改善农作物品质方面的研究趋势和应用前景。

关键词: 硅肥; 改善; 农作物; 品质

中图分类号:             文献标识码:          文章编号:

 

A review of study on silicon fertilizer improving crop quality

JIA Jianxin1,LI Zhaojun2, CAI Delong3, HU Xiujie4, GU Guangnian5, LIU Guoqing6

(1 Jiaxiang Technology Bureau, , Jiaxiang 272400, Shandong province;2 Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, P R China;3 Engineering Technology Research Center on Silicon fertilizer in Henan Academy of Sciences, Zhengzhou, Henan Province, 450000;4 Shandong Yuanlian Chemical Co., LTD. Jiaxiang 272400, Shandong province;5 Lituo Fertilizer Co., LTD. Hunnan Zone in Chenyang, 110171;6 Shandong Jiaxiang Agricultural Bureau, Jiaxiang 272400, Shandong province)

Abstract: The article summarizes the effects of silicon fertilizer on quality improvement on 30 crop species according to the authors’ field trials and references. Application of silicon could increase the rates of brown rice and milled rice, inner quality of tobacco, and sugar contents of sugarcane and grape. Silicon fertilizer could increase the hardness and pressure-resistance of apple, grape and tomato, and increase vitamin C contents of nectarine, strawberry, eggplant and celery. Silicon fertilizer could also increase the protein contents of nectarine, ginger and scallion, soluble solids of strawberry, eggplant and greenhouse celery, and reduce the nitrate contents of greenhouse celery, tomato, bitter gourd and grape. The possible mechanisms of silicon-mediated improvement in crop quality are discussed in relation to coordination of nutrition supply and enhancement of stress resistance. Finally, the prospect and research trend of silicon fertilizer in improving crop quality is discussed.

Key words: silicon fertilizer ; improvement ; crops, quality

作者简介:贾建新(1945-),男,山东嘉祥,农业推广研究员,硅肥应用研究.

通讯作者:蔡德龙(1944-),男,浙江东阳,教授,博士,硅肥理论及生产应用研究。

摘要

硅素的研究历史较为悠久,19世纪,德国农业化学家李比西最早把硅列为与氮、磷、钾同等重要的植物必需营养元素[1]。但由于研究理论方法、试验条件等的限制,此后的100多年中,对硅素的研究进展缓慢。近几十年来,随着科技的进步,研究方法、研究理论的创新和试验条件的改善,硅素研究又活跃起来。1999年、2002年、2005年、2008年、2011年、2014年分别在美国、日本、巴西、南非、中国和瑞典相继举行了六届硅肥研究的国际学术会议。在过去的10年里,关于硅在植物生物学和农业生产中作用等方面的研究,取得了快速发展,并取得了许多重要突破。尽管硅未被证实是所有植物的必需营养元素,但现有的试验结果已证实硅是植物的有益或准必需元素。硅是唯一可被植物大量吸收,在植物体内大量积累而不产生毒害的元素,是发展绿色生态农业的高效优质肥料[2]。近十年来,我国硅肥研究以硅促进作物生长发育、增加产量、提高作物抗性的报道较多,而改善作物品质的报道则较少。因此,本文重点总结了硅肥对作物品质的改善作用。

1硅肥提高农作物品质

1.1硅肥提高粮食作物品质

1.1.1硅肥能够提高大米品质

日本学者通过试验证实,施硅肥的水稻质量较未施硅肥的水稻质量提高1-2个等级[1]。如表1所示,在我国湖南,施用硅肥能明显提高水稻出糙米率和精米率,分别比不施硅肥提高了6.3%和12.9%;施用硅肥后米饭胶稠度减少了11 mm;米质食味口感增强;稻米质量达到国家三级,未施硅肥的却未达标[3]

 

表1 施硅肥对水稻品质作用的影响

项目

单位

施硅

不施硅

出糙率

%

76.5

70.2

整精米率

%

59.2

46.3

垩白粒率

%

23.0

22.0

垩白度

%

3.5

5.5

直链淀粉(干基)

%

16.0

15.1

胶稠度

mm

75

86

粒型(长宽比)

 

3.0

3.0

不完善粒

 

1.2

1.1

水分

 

8.1

8.9

色泽气味

 

正常

正常

等级

 

优三级

 

注:此检测样品系送检样,农业部食品质量监督检验测试中心(武汉)检验。

 

蔡德龙等通过研究发现,施硅稻米的7种氨基酸低于不施硅对照、改善了大米口感,如表2所示。

表2 施硅大米对氨基酸的作用

 

天门冬氨酸

苏氨酸

丝氨酸

谷氨酸

甘氨酸

丙氨酸

胱氨酸

施硅%

0.61

0.23

0.27

1.39

0.32

0.36

0.08

不施硅%

0.64

0.24

0.30

1.46

0.33

0.38

0.10

 

邓接楼的研究也表明,施硅肥在一定程度上降低了直链淀粉的含量,增加了稻米消减值,减少了水稻垩白粒率和垩白度,对提高大米外观品质、蒸煮品质和食味品质有很大作用[4]。王登甲等通过试验发现,施用硅钾肥使出糙米率提高了3-4个百分点,米质提高一个等级[5]

据卢维盛等研究,施硅对稻米整精米率显著提高,垩白面积和直链淀粉含量显著降低,而对稻米出糙率、不完善率、垩白粒率、垩白度、长宽比及食味等品质性状无明显影响。有研究表明,稻米的整精米率与垩白面积显著负相关,因此,施硅使整精米率显著提高和稻米加工品质明显改善,可能是由于施硅提高了水稻光合作用效率,从而降低了稻米垩白面积。直链淀粉含量显著降低,则显著提高了稻米的蒸煮品质,但其机理尚有待进一步研究[6]

商全玉等的研究表明,施用硅肥能显著改善稻米品质,主要表现为稻米的糙米率、精米率和整精米率显著提高,稻米的垩白粒率和垩白度显著降低[7]。张莉萍等的试验结果表明:硅锌镁肥配施,改善稻米品质,糙米率提高了0.1~1.1个百分点,垩白率下降了3.4-5.2个百分点[8]。张国良等通过研究发现,适量施硅可以降低垩白米率、垩白大小和垩白度,改善稻米的外观品质。施硅能提高稻米胶稠度、长度、崩解值,有提高稻米蛋白质含量的趋势[9]

1.1.2施用硅肥可提高糯玉米品质

张翠珍等研究发现,“施硅处理的糯玉米粗蛋白、赖氨酸、淀粉和可溶性糖都有不同程度的增加。施用0.08 g/kg干土的处理效果最佳,糯玉米品质和适口性得到改善,商品价值明显提高”。[10]

1.1.3施用硅肥可提高春小麦品质

郝立冬研究,适量基施硅肥促进了小肥型春小麦面筋蛋白的形成,增加了面粉吸水率,但降低了面粉指数,通过增加面团的形成时间和稳定时间、增大面团拉伸阻力和拉伸比例,而改善了面团的流变学特性。[11]

 

1.2施硅肥能够改善经济作物品质

1.2.1提高甘蔗含糖量

季明德等人通过4年盆栽和示范试验发现,硅元素可显著提高甘蔗的含糖量,庄国城等试验适量施用含硅炉渣,有利于甘蔗糖分的合成,甘蔗吸收硅后,叶片中形成酶—硅复合体,从而调节或降低甘蔗的转化酶、过氧化酶、磷酸酶等活性,从而有利于蔗糖的积累。叶春等进行施硅肥试验,甘蔗株高增加1.2-3.3 cm,茎围增加0.3-0.6 cm,糖度增加1-2度。李发林等进行的45组同田对比试验,施硅甘蔗比与不施硅甘蔗的含糖量百分数增加为0.33%[12-15]。如表3所示,薛政珠等试验发现,甘蔗施用硅肥后,其锤度及蔗糖分含量都比对照提高,而还原糖则比对照低,表明在甘蔗生长后期,硅元素能促使植株体内的还原糖向蔗糖转化,加速植株的后熟过程,有利于霜冻区的甘蔗少受冻害,提高霜冻区甘蔗和蔗糖产量[16]

 

表3 施硅对甘蔗糖分含量的影响

处理

甘蔗

榨出汁

纤维(%

蔗糖(%

非糖分(%

原汁重力锤度

锤度

简纯度

蔗糖分(%

还原糖(%

1

11.23

14.09

2.19

86.56

18.38

89.51

16.06

0.26

2

10.41

14.19

2.25

86.32

18.58

89.60

16.63

0.23

3

10.47

14.28

2.11

87.12

18.63

90.18

16.73

0.24

4

11.79

14.49

2.14

87.13

19.06

89.89

17.16

0.23

注:表中1为对照。

1.2.2施硅提高了烟草内在质量

李发林等在5市7县8点上一年的实验,施用硅肥使烟草含钾量、施木克值、醇和度比值、蛋白质氨、总糖、总挥发氮、糖碱比等7项指标向提高品质方面转化,有利于提高烟叶内在质量,如表4所示。[17]

 

表4 硅肥对烟草中黄二级化学成分的影响

 

ck

20 kg

40 kg

60 kg

 

ck

20 kg

40 kg

60 kg

总糖%

30.28

30.79

29.3

29.19

糖碱比%

19.59

19.67

18.33

18.07

总烟碱%

2.06

1.81

2.11

1.84

烟碱氮%

0.345

0.312

0.32

0.317

总氮%

2.03

1.98

2.08

2.14

总挥发碱%

0.331

0.30

0.315

0.336

蛋白质%

10.53

10.45

11.00

11.38

还原糖%

26.79

27.36

26.19

25.83

施木克值%

3.05

3.05

2.92

2.75

醇和度比值

51.93

54.80

52.34

47.39

含氯%

0.041

0.041

0.031

0.062

碱氮比值

0.96

0.90

0.91

0.87

含钾%

1.45

1.53

1.56

1.67

水分%

7.16

6.77

6.99

7.24

注:1、表内为七个点的平均值。

 

肖尚华等的研究也表明,烟草施用硅肥可提高烟叶质量和产量,从表5中可看出,烟草施用硅肥后有提高烟叶质量,增加上等烟所占比值的作用,由于病害减轻,烟叶香味提高,因而中上等烟比率上升[18]

 

 

表5 烘烤后烟草不同等级产量结果

处理

上桔二

上桔三

中桔三

中柠三

下桔二

下柠二

中下杂

上等烟比例%

产量kg

产值元

产量kg

产值元

产量kg

产值元

产量kg

产值元

产量kg

产值元

产量kg

产值元

产量kg

产值元

1

1.3

7.41

4.1

15.58

1.3

8.06

2.7

14.04

2.0

9.60

2.5

9.16

1.1

1.32

18.4

2

1.4

7.98

3.4

12.92

1.4

8.68

2.8

14.56

2.3

11.04

12.7

9.89

1.1

1.32

18.5

3

1.8

10.26

3.6

13.68

1.6

9.92

3.0

15.6

2.2

10.56

2.4

8.79

1.1

1.20

19.2

CK

1.2

6.84

3.7

14.06

1.3

8.06

2.7

14.04

1.6

7.68

3.2

11.84

1.1

1.32

16.9

 

刘光亮对低纬度高海拔地区烟叶质量现状与生态条件进行评价分析后并经过针对性试验发现,叶面喷施水溶性硅肥可以提高产量、产值,改善原烟叶外观质量,提高烟叶内在质量[19]

1.2.3硅对茶叶品质的影响

杨凌云研究,“一定范围内适量施用硅肥对茶叶品质具有促进作用”。硅、铝配施对茶叶中氨基酸、咖啡碱、茶多酚和可溶性糖含量有显著影响[20]

1.2.4硅对大豆品质的影响

耿朝辉、贾建新等人研究指出,施用硅肥使大豆的产量显著增加16.3~37.1%,蛋白质含量增加了1.28~2.57%,油分含量降低了1.28~2.74%[21]

牟英辉等研究了硅对大豆农艺性状、产量及品质的影响,结果,施用硅肥能提高大豆蛋白质含量,在大田生产中,施用硅肥可提高大豆蛋白质含量,适用于高蛋白大豆的生产。施用硅肥降低了大豆油分含量,与耿朝晖等的研究结果一致[22]

 

表6硅肥对大豆的产量与品质的影响

处理

产量 (kg/hm2)

蛋白质含量(%)

油分含量(%)

CK

2420.85dC

41.31bA

21.36aA

Si1

2816.10cB

41.84abA

21.09abA

Si2

3318.30aA

42.36aA

20.81bA

Si3

3246.30abA

42.37aA

20.79bA

 

1.2.5硅对花生品质的影响

高芳、贾建新等通过研究发现,施用硅肥可增加花生籽仁种蛋白质含量,降低粗脂肪含量。说明施用硅肥可促进花生籽仁中可溶性糖向蛋白质转化,从而增加籽仁蛋白质含量[23],如表7所示。

 

7 硅肥对花生籽仁品质的影响

处理

蛋白质(%

粗脂肪(%

对照

21.66b

57.43a

375kg /hm2

22.38ab

56.43ab

750kg /hm2

22.84a

55.55b

1125kg /hm2

22.84a

55.53b

1.3硅肥可显著改善果品品质

1.3.1硅肥提高苹果品质

蔡德龙等人研究发现,硅肥的施用可显著改善苹果品质,使苹果着色提前3-5天,果实成熟期提前10天左右,且色泽鲜艳、体积增大、含糖量提高,增加食味和香气,并可大大增强苹果的耐贮性和耐运输性。同等条件下施用硅肥的苹果可提高一个等级[24]。王登甲等发现,施用硅肥含糖量增加0.4-1.68%,硬度增加1.1-17.9%,单果重增加14.5-17.3%,从而提高了商品等级[25]。山东蓬莱土肥站进行10点试验,施用硅肥苹果着色好、色泽鲜艳、光泽好、硬度增加、糖度平均增加0.99度[26]

刘升基等试验发现,667 m2基施硅钙镁肥100-150 kg可使苹果果实硬度提高11.9%-20.8%,果实可溶性糖含量提高19.0%,Vc含量提高18.0%-21.9%,果实着色率提高34.2%,优果率提高11.4%-25.3%,单产增加15.3%[27]

苏秀伟等研究发现,在酸性土壤条件下,合理施用硅肥可提高苹果果实可溶性固形物和Vc含量,降低可滴定酸,明显提高果实的品质[28]

1.3.2硅肥提高了葡萄的糖度和抗挤压强度

高春燕[28]等试验,施硅肥葡萄总糖量增加4.2-6.5%,可溶性固体物的增加与总糖量的增加情况具有一致性。施硅肥的葡萄抗挤压强度较对照增加10.8-12.6%[29],这个硬度增加幅度与作者做的试验相吻合(增加12.1%)。

石彦召等人研究发现,施硅肥后,葡萄果实中可溶性固形物、总糖、总酸分别比对照增加17.07%、12.12%、2.99%,硝酸盐含量比对照减少14.28%,说明硅肥对改善葡萄品质有一定影响,具有良好的应用前景[30]

刘升基等试验,葡萄落叶前基施硅钙镁肥100 kg/667m2,果实着色提前5-7天,提高葡萄含糖量20.3%,减少籽粒裂口62.6%,还可明显延长采收期,增进表光,增加葡萄籽粒硬度和耐运本入能力[27]

1.3.3硅肥可改善油桃营养品质

潍坊农科院2001年在二年生油桃上试验,结果表明,施用硅钙肥可在一定程度上改善油桃营养品质,使糖、Vc、胡萝卜素含量比对照增加2.8-8.4%、0.9-5.5%、2.0-6.0%,单果重增加3-13%。调查结果表明,油桃施用硅肥后,商品性优于对照,果实着色好、果形周正、病虫害少[31]

1.3.4硅肥能改善大樱桃品质

郑州市农林科学研究所荣姣凤等人试验表明[31],增施硅肥对大樱桃的品质有所改善。大樱桃果实中可溶性固形物、总糖、总酸在试验中增加17.72%、18.99%和21.5%[32]

1.3.5施硅肥可提高石榴品质

荣姣凤等人试验研究发现,施用硅肥使石榴的糖分提高了17%、维生素c提高了13%、可溶性固形物提高了11%[33]

1.3.6施用硅肥可提高南果梨品质

王俊勇等试验[33],在15年生南果梨上基施硅肥,施用硅肥南果梨在色泽和口感方面好于未施硅肥的对照,施用硅肥的南果梨还原性Vc含量,可溶性糖含量,总酸度和粗蛋白含量等品质指标上均高于对照,还能提高南果梨产量10%[34](表8)。

 

8 南果梨施硅肥品质分析表

项目

施硅肥试验果

对照

1

2

3

1

2

3

还原性VC含量(毫克/100克)

7.2

7.8

7.5

6.5

6.0

6.7

可溶性糖含量(克/100克)

12

11.5

11.8

10.3

10.7

10.5

总酸度(%

0.47

0.39

0.37

0.59

0.49

0.58

粗蛋白含量(干基)

0.45

0.49

0.43

0.37

0.39

0.34

 

1.3.7施硅肥可不同程度地改善西瓜品质

潍坊农科院2001年在大田西瓜上试验,增施不同水平硅肥,可不同程度地增加西瓜糖、蛋白质、胡萝卜素含量,并使果皮变薄[30]

1.3.8硅肥对草莓品质的作用

作者于2000-2001年在寿光三元朱村大棚草莓上的应用试验,经潍坊农科院检测,施硅草莓干鲜重比值增加7.7%,Vc含量增加11.2%,可溶性固形物增加17.6%,草莓外观鲜亮,口感差异明显。蔡德龙等试验,施硅肥草莓果实光泽度好、果实圆润、大果增多,经济价值高[31]

刘升基等试验,每667 m2基施硅肥钙镁肥50 kg,草莓可提前5-7天结果,果实着色率提高22.7%,含糖量增加18.5%,果个大,果型周正[27]

1.3.9硅肥可提高热带设施地瓜品质

柯用春等试验研究,施用有机硅复混肥可提高热带设施甜瓜品质、瓜横、纵径、腔径、果形指数、中心可溶性固形物增加[35]

1.4硅肥有提高蔬菜品质的作用

1.4.1硅肥对黄瓜品质的作用

天津东丽区施用硅肥早的菜农(菜农互相保密)使黄瓜糖分提高,城市居民吃了含糖量高的黄瓜,以为天津黄瓜研究所培育了“甜黄瓜”新品种,天津《今晚报》记者前去调查,菜农说了实话,因为黄瓜施用了硅肥[1]。陈长友等1996年在塑料大棚春黄瓜上试验,硅肥各个处理的黄瓜糖分都极显著地高于对照,(增糖率为14.6-41.7%)从口感也可以感到硅肥处理的黄瓜比对照好吃。原因是塑料大棚中氮肥施用量过高,而磷肥、钾肥、硅肥以及其他微量元素肥料之间不平衡。氮肥在黄瓜体内积累多以后,降低了糖分含量,黄瓜的味道发生了变化。在施用氮肥过量的情况下,硅肥可以抑制黄瓜对氮的吸收,促使糖分的积累[36]。孙鸿彬等2001年在露地黄瓜上试验,施硅肥的两处理黄瓜含糖量都明显高于对照,增糖率为14.6%和22.9%,从口感也感到硅肥处理的黄瓜好吃[37]。(见表11)。贾建新、王登甲2000年在寿光大棚黄瓜上试验,施硅处理黄瓜含糖量较对照增加7.1%[38]

荣姣凤试验,黄瓜施硅肥维生素c成分提高了3.4%[33]

1.4.2硅肥对苦瓜品质的作用

王荣萍等在粉壤上施铜钼硅均使苦瓜硝酸盐含量降低,且与对照的差异达极显著水平;细沙土上施硅未降低硝酸盐含量。在细沙土上施铜钼硅极显著提高了可溶性糖含量;在粉砂土上施硅显著降低了可溶性糖含量。试验结果表明,在不同质地的砂壤上,施用不同的铜钼硅肥对苦瓜的增产效应和品质改善效应不同[39]

1.4.3硅肥对茄子品质的作用

王登甲、贾建新于2000-2001年在大棚茄子上试验,施硅肥茄子比对照果形周正、颜色光亮,干鲜重比值增加2.7%,可溶性固形物增加11%,Vc含量增加3.5%。孙鸿彬等在大棚茄子上试验,施硅肥茄子比对照茄子畸形果病果数减少,基本没出现石茄子,果形周正,商品性好[37]

1.4.4硅肥对番茄品质的作用

梁永超博士研究了砂培条件下施硅对番茄某些品质的影响,结果表明果实维生素C含量有增加趋势[40]

作者2000-2001年在山东临淄西红柿之乡南卧石大棚番茄上的应用试验结果,施硅肥番茄比对照抗挤压强度提高14.39%,糖度略有增加。抗挤压强度的提高增加了番茄的耐贮性和耐运输性,从而提高了它的商品价值[41]

任启兰等人的番茄叶面喷施硅肥试验表明,番茄施硅肥后,单果重增加,坏果裂果率降低,改善了果实商品性[42]

薛高峰等研究叶面喷施硅肥对番茄品质影响时发现,施用硅肥显著提高了果实维生素C和可溶性糖含量,而可滴定酸和硝酸盐含量明显降低[43]

1.4.5硅肥对大棚芹菜品质的作用

贾建新、李红岩、王继成于2000-2001年在寿光三元朱村大棚芹菜上的大田对比试验,经潍坊农科院检测,施硅肥比对照干鲜重比值有所增加,叶柄可溶性固形物含量增加17.6%,Vc含量增加4.1%,硝酸盐含量下降8.7%[44]。大棚菜施氮过量和低温共同作用极易造成亚硝酸盐在叶菜类作物体内积累进而危害人们身体健康,施用硅肥降低硝酸盐含量有其积极意义。

1.4.6施硅肥可提高大白菜品质

荣姣凤等人试验,施硅提高了大白菜的营养成分含量,维生素c、可溶性糖和粗纤维素含量分别提高了22%、35%和12%[33]

1.4.7施硅对小白菜品质的影响

林翠兰等研究发现,中低浓度硅(1.0-1.5 mg·kg-1)既能提高小白菜的生物量、叶绿素含量和维生素C含量,又能缓解Cr毒害对小白菜造成的氧化胁迫,在无公害蔬菜的生产上具有重要的应用前景[45]

1.4.8硅肥对大葱品质的作用

丁涛等在山东章丘试验发现,大葱施用硅钙肥能有效促进蛋白质的合成和体内糖分的积累(蛋白质增加2%,总糖增加18.5%),改善大葱品质,使大葱更加香、甜、脆、嫩,口感好,且大葱植株紧实度增加[46]

1.4.9施硅肥显著改善生姜品质

张国芹报道,增施硅肥在一定程度上提高了生姜根茎中淀粉、可溶性糖、蛋白质、维生素C等物质含量,尤其显著提高了挥发油的含量。挥发油含量是生姜风味品质的主要指标。这说明,硅肥不仅有显著的增产作用,还可以显著改善生姜品质[47]

1.4.10施用硅肥可提高芥蓝品质

胡京昂等研究表明,施用硅肥使芥蓝产量增加94.7%,增产率60.2%,维生素C含量增加8.2%,并能降低芥蓝中砷和镉的含量,减轻重金属对芥蓝的毒害[48]。(见表9)和(表10)

 

表9 不同施硅肥处理芥蓝维生素C含量比较

处理

维生素C含量/10-2mg.g-1

I

II

III

平均

600kg·hm-2

686

78.7

74.3

73.9c

900 kg·hm-2

734

74.7

74.2

74.1c

1200 kg·hm-2

746

70.4

78.6

74.5bc

1500 kg·hm-2

795

84.7

72.3

78.8b

1800 kg·hm-2

824

80.8

90.4

84.5a

不施硅肥(对照)

768

68.5

73.2

72.8c

 

表10 不同施硅肥处理芥蓝砷和镉含量比较

处理

/μg·kg-1

/μg·kg-1

600 kg·hm-2

38.2b

32.1b

900 kg·hm-2

35.5b

28.3c

1200 kg·hm-2

32.4b

26.7c

1500 kg·hm-2

30.7b

13.5d

1800 kg·hm-2

28.7b

9.3d

不施硅肥(对照)

45.3a

41.5a

1.4.11施用硅肥可提高韭菜品质

闫素芹等研究施用硅肥能提高韭菜中的Vc、可溶性糖和可溶性蛋白质含量。一定浓度的硅肥能够提高韭菜产量,改善韭菜品质[49]

1.4.12施用硅肥可提高大蒜品质

张明祥、王义超、贾建新等试验,施用硅肥可提高大蒜维生素C含量,可溶性糖含量和可溶性蛋白含量。 [50](见表11)

表11 硅肥处理对大蒜品质的影响

处理

维生素C含量

mg/100gFW

可溶性糖含量

mg/gFW

可溶性蛋白含量(mg/gFW

游离的氨基酸含量(mg/100gFW

大蒜素含量

mg/gFW

W

T

W

T

W

T

W

T

W

T

CK

19.21dC

20.32dD

32.13dD

33.03dD

16.77aA

17.18aA

72.02dD

71.23dD

5.89cC

6.13cC

Si1

21.23cBC

23.14cC

35.34cC

37.45cC

14.24bB

13.57bB

82.02bB

80.96bB   

6.54bB

6.76bB

Si2

23.42bB

24.55bB

38.67bB

38.79bB

13.03bB

12.74bB

83.37bB

83.84bB

 6.66bB

6.89bB

Si3

26.45aA

28.33aA

42.12aA

41.23aA

11.01cC

10.52cC

91.16aA

89.98aA

7.98aA

7.87aA

 

1.4.13施用硅肥可提高土豆质量

王利勇试验研究,喷施硅肥提高了马铃薯淀粉,粉、蛋白质、可溶性糖含量,降低其酸度,改善了马铃薯的品质。[51]

2硅提高作物品质的机理

1.施硅改善了土壤质量

    固体硅肥都呈碱性,施硅改良酸性土壤降低土壤PH值是不争的事实。硅在改良土壤中发挥着重要作用,硅具有提高保水保肥能力,减少NK的流失,降低重金属离子的流动性,提高微生物活性,改善土壤结构,提高抗侵蚀能力,搞高阳离子交换能力等积极作用。即使是栽培非喜硅作物,也可以通过硅的运筹等来改良土壤[52]。吴英等试验验证了土壤中速效硅与施硅增产的关系,土壤中速效硅含量越低,施硅肥增产效果越明显[53]

2.硅可以影响矿质元素的吸收

    硅促进养分的有效利用。硅可以提高水稻的耐氮性。水稻施硅后,茎和叶中的氮含量略有下降,而穗中的含氮量上升,促进淀粉和蛋白质合成,子粒饱满[54]。吴英发现,硅能够促进水稻对氮磷钾的吸收[55]。而Oeuda提出,硅对磷的影响比较复杂,他发现硅既能促进水稻对磷的吸收,又能抑制磷的过量吸收,同时促进磷向籽粒的转移[56]Akahashi比较了高磷、低磷水平下硅对水稻生长的影响,发现在低磷或高磷的水平下增加的干重比中磷水平下增加的干重多[57]。龚金龙等研究,硅提高了叶面谷氨酸、丙氨酸、氨基转氨酶(HPT)和Q酶活性,促进了水稻对氮的吸收。因此从籽粒灌浆结实来分析,施硅提高了叶片叶绿素含量和光合速率,改善水稻群体结构,促进抽穗后光合物质的积累,提高结实率,千粒重和整精米率,降低籽粒垩白米率,垩白大小,垩白度和直链淀粉含量,使蛋白含量略增,促进产量和品质的协同提高[58]。硅对冬瓜吸收和积累氮素有显著促进作用。成熟期间氮素和矿质元素的含量均与施硅量呈正相关。范培培等研究,适量的硅能够降低黄瓜从介质中吸收Na+ 量,并减少其向地上部运输,增加植株对K+ Ca2+的吸收量和转运量[59]。硅能提高大麦体内的K+的浓度,降低Na+的浓度[60]。钾促使单糖向蔗糖、淀粉的方向合成。这可使薯类、瓜类、果类、糖料等作物的淀粉和糖含量提高,使瓜果和果实中的酸糖更合适[61]

3.硅可以提高植物光合作用,促进器官发育

    硅能够提高叶片叶绿素含量[62],硅显著提高低温协迫小麦光合速率与硅显著提高叶片RuBPCase酶活性密切相关[63]。硅可以提高甜瓜和草莓,降低蒸腾速率,促进根系生长。硅是细胞壁的重要组成部分,硅与植物体内的果胶酸,多醛多糖、糖脂等结合,形成稳定性强,溶解度低的单硅酸及多硅酸复合物,沉积在木质化细胞壁中,因而增强了细胞壁的机械强度和稳固性[64]

4、硅可提高作物抗逆性

硅肥的抗旱、抗盐碱、抗冻、抗倒伏、抗病虫、搞重金属污染等抗逆作用增强了作物的逆境生存能力。有利于提高作物的光合作用,有利于减少抗病虫药的使用量,有利于提高改善农产品品质,有利于贮存和运输[54]。硅可缓解重金属镉、铅、汞、铬、铜、铝、锌、锰等对植物的伤害作用[65]

3展望

本文阐述了硅肥对30种作物品质的改善作用。从而在试验结果上说明硅肥是一种植物调节性肥料、品质肥料、保健肥料[1]。目前,硅素增产抗逆的调控机理已经成为当前研究的热点[52],硅主要沉积在叶片及叶鞘表皮细胞,形成硅化细胞和角质2硅双层结构,能增强寄主植物细胞壁的机械强度和稳定性,从而延缓和抵御病菌的侵入和扩展。更多的证据表明,硅处理能增加植物叶片保护酶(过氧化物酶、多酚氧化酶,苯丙氨酸解氨酶等)活性和诱导寄主产生代谢抗性物质(如植保素、多芬类化合物、木质素),从而激活植物的防御系统,增强对病原菌的抵抗能力。分子水平上的研究显示,硅能诱导与植物防御机制相关的基因表达,参与抗病信号分子(如水扬酸、茉莉酸和已烯)在信号传导中的作用[66]

在缺硅土壤中施用硅肥,可以增强作物对病害的抵抗能力,从而大量降低杀菌剂的使用。关于硅调节植物抗病性机理不能单一归结于某一方面,物理防御机制与生物化学防御机制过程兼在,硅可能与关键的植物协迫信号系统相互作用,而最终诱导产生对于病原菌的抵抗,但是这方面的机制还不是很清楚,是今后的研究重点[67]

硅肥推广中,首先关注的是增产作用,尤其是当季增产作用,对抗逆作用、对改善品质的关注度不是太强。通过30种作物,田间试验结果的分析调查,硅肥确实改善了农作物品质,据此对硅肥是否需要施用的认识与过去不同。以前决定是否施用硅肥,取决于该地块是否缺少该元素,2008年潘瑞娟主编的《植物生理学》(第六版)首次将硅肥列为有益元素,介绍了部分科学家将硅列为必须元素。我国农业部提出的2020年农药化肥零增长目标;土地污染治理计划;市场对安全优质食品需求的提高为硅肥应用推广提供了难得的机会。然而30个作物的田间试验结果分析表明,无论这块土地硅是否缺乏,施用硅肥对作物的生长都有好处,特别是对农作物品质和抗逆能力的提高,这与日本的结论异曲同工[68]

随着我国硅营养研究与硅肥应用研究越来越活跃,硅肥剂型也在增加。目前我国市场上供应的依然主要为以钢渣、赤泥、粉煤灰等工业废渣为原料加入添加剂生产的硅肥。硅肥中含有较多的有效态钙镁,并含有一定量的磷、锌、锰、硼、铁等中微量元素,对作物有复合营养作用[69]。硅与大、中、微量元素和有机肥的复配越来越受到科学工作者、生产厂家和农民的重视。硅肥造粒技术逐渐成熟,农民施用硅肥更加方便。水溶性硅肥也由于其良好的使用效果而成为硅肥中的新宠。然而,硅肥的推广仍然不尽如人意。开发好的销售办法是推广应用硅肥的出路。2003年开始,河南省硅肥工程技术研究中心与有关厂商合作,把硅肥和施硅后优质农产品一起推广。施硅大米、施硅水果、施硅蔬菜上市后供不应求。这个新思路正在被越来越多的人接受。

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