硅肥的研究及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用

王永剛，康懷啟，王會海，程兆東

（1.濮陽市華龍區(qū)土肥站，河南濮陽457000；2.濮陽市農(nóng)業(yè)畜牧局，河南濮陽457000）

硅在地殼中豐度為29.5%，次于氧元素，位居第二位[1]。硅在土壤中的含量為25%，絕大部分是非常穩(wěn)定的結(jié)晶態(tài)和不定型態(tài)，植物無法直接吸收利用，只有能溶于水的、少量的單分子硅酸才能被植物吸收[2，3]。增施硅肥后，可提高農(nóng)作物的抗倒伏能力、減少病蟲危害，使莖葉直挺，利于通風(fēng)透光，增強(qiáng)植物光合作用，降低可食部分的重金屬含量，使植物品質(zhì)變優(yōu)。

蔡德龍[4]調(diào)查表明，我國有50%的耕地面積缺硅，并且隨農(nóng)作物產(chǎn)量的提高缺硅面積呈增大的趨勢。在長期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，人們逐漸認(rèn)識到作物對中量元素硅的需求量僅次于對氮、磷、鉀的需求量，是作物生長所必須的第四大元素[5]。所以，以測量氮磷鉀為主的常規(guī)測土配方施肥技術(shù)需要增加對中量元素硅的測量。只有根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行配方生產(chǎn)，定向生產(chǎn)多元素肥料，做到精準(zhǔn)施肥，才能充分挖掘土壤潛力，最大限度提高農(nóng)作物單位面積的產(chǎn)量。本文對國內(nèi)外硅肥的研發(fā)情況進(jìn)行了綜述，對硅肥的種類進(jìn)行了介紹，并分析了硅肥對農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)和重金屬含量的影響，以及硅肥對土壤的改良作用和硅肥研究應(yīng)用中存在的問題。

1 硅肥研究現(xiàn)狀

1.1 國外硅肥研究

英國洛桑肥料試驗(yàn)站的科學(xué)家最早證明硅具有活化土壤中磷的作用[4]，美國科學(xué)家于1926年首次提出水稻是喜硅作物，硅是水稻必需的營養(yǎng)元素；在亞洲，日本專家于1930年也進(jìn)行了水稻喜硅研究。這個(gè)時(shí)期的研究重點(diǎn)放在了硅肥是否是植物生長的必需元素上，對硅的開發(fā)與應(yīng)用長期處于停頓狀態(tài)。到50年代，日本實(shí)現(xiàn)理論突破，確定了硅肥對水稻的增產(chǎn)作用。1954年，日本建成世界第一家硅肥工廠；1955年，日本把硅肥作為新型肥料進(jìn)行了示范推廣，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。隨后，韓國、朝鮮等其他亞洲國家先后進(jìn)行了硅肥的引進(jìn)、生產(chǎn)和推廣。

1.2 國內(nèi)硅肥研究

我國對硅肥的開發(fā)應(yīng)用起步較晚，硅肥的研發(fā)可分兩個(gè)階段。首先是20世紀(jì)90年代以前為向日本學(xué)習(xí)階段。這一階段主要是借鑒日本的經(jīng)驗(yàn)，在長江以南部分省份小規(guī)模進(jìn)行田間試驗(yàn)并試生產(chǎn)硅肥。20世紀(jì)70年代后期，化工部和中國科學(xué)院等單位先后在南方安排了硅肥對水稻增產(chǎn)效果試驗(yàn)研究項(xiàng)目，對我國硅肥的推廣進(jìn)行了積極地探索，80年代，國家組織人員到日本等國學(xué)習(xí)考察硅肥生產(chǎn)技術(shù)，歸國后，先后利用粉煤灰、泡花堿為原料成功進(jìn)行了硅肥生產(chǎn)。其次是20世紀(jì)90年代以后的自我發(fā)展階段。1990年，蔡德龍將日本先進(jìn)的硅肥生產(chǎn)技術(shù)與中國的實(shí)際情況相結(jié)合，主持完成了《硅營養(yǎng)及硅肥的研制與應(yīng)用研究》“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)課題。課題實(shí)施過程中，在河南信陽地區(qū)建立了一個(gè)利用煉鐵水淬渣生產(chǎn)硅肥工廠，這是我國第一個(gè)硅肥生產(chǎn)項(xiàng)目。“硅營養(yǎng)及硅肥的研制與應(yīng)用研究”課題于1995年和1996年分別獲得中國科技博覽會金獎和中國專利新技術(shù)新產(chǎn)品博覽會金獎，并于1998年被列為“九五”國家科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。從此以后，國內(nèi)硅肥生產(chǎn)企業(yè)陸續(xù)建成投產(chǎn)，中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《硅肥》也于2004年頒布實(shí)施，我國的硅肥研究與開發(fā)進(jìn)入了快車道，硅肥逐漸被人們接受，應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上來，并取得了顯著效果，在國內(nèi)迅速掀起了硅肥推廣熱潮。

2 硅肥的種類

硅肥的分類方法有多種，每一種都有其特點(diǎn)和適應(yīng)性，在生產(chǎn)實(shí)踐中被大家認(rèn)可的是根據(jù)硅肥資源、生產(chǎn)工藝和硅作用不同而進(jìn)行的分類，按照此方法可將硅肥分為四大類：一是熔渣硅肥，利用煉鋼廠的廢鋼渣、粉煤灰、礦石經(jīng)過高溫煅燒機(jī)械磨粉等工藝加工而成，有效硅含量≥20.0%，細(xì)度（通過250μm標(biāo)準(zhǔn)篩）≥80%，符合農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且不溶于水，溶于弱酸，可做基肥；二是水溶性硅肥，主要成分為泡花堿，有效硅含量55%左右，溶于水，可做基肥、追肥和葉面肥[6]；三是硅復(fù)混肥，是將硅肥添加到N、P、K復(fù)合肥中經(jīng)造粒而成，營養(yǎng)元素全面，非常適合測土配方施肥；四是有機(jī)硅水溶緩釋肥[7]，這是一種新型肥料，是用水溶性有機(jī)硅作為包膜劑包被肥料，經(jīng)造粒而成，這種肥料溶于水，能緩慢釋放肥效；而且親土性強(qiáng)，能促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，還能提高肥料利用率，使其達(dá)到85%以上。

3 硅對農(nóng)作物的主要影響

3.1 硅肥對農(nóng)作物產(chǎn)量的影響

張亞建等[8]試驗(yàn)表明，給蘋果樹施用有機(jī)硅肥或無機(jī)硅肥可提高蘋果產(chǎn)量10%以上，蔡德龍等[9]同樣證明，給蘋果施用硅肥可增產(chǎn)10%以上。蔡德龍[10]的“草莓施用硅肥的增產(chǎn)效果”專項(xiàng)研究也表明，施用硅肥的草莓，產(chǎn)量增長23.9%左右。同樣，硅肥對番茄、香蕉、棗和葡萄都有增產(chǎn)效果。唐愛均等[11]研究發(fā)現(xiàn)，番茄施用硅肥可以提高產(chǎn)量16.16%，同時(shí)，還能提高肥料的利用率，尤其是磷的利用率。香蕉施用硅肥可提高產(chǎn)量33.3%，給棗、葡萄施用硅肥可提高產(chǎn)量15%～20%，甘蔗提高16.5%～26%，茄子提高12.8%～22.6%，西葫蘆提高19.5%～28.7%。

3.2 硅肥對農(nóng)作物品質(zhì)的影響

3.2.1 硅肥可改善水果品質(zhì)

關(guān)于“草莓施用硅肥增產(chǎn)效果”的專項(xiàng)研究表明，施用硅肥的草莓，果實(shí)圓潤、顏色鮮紅、成果率提高[10]。蘇秀偉等[12]給蘋果樹施用硅肥后，發(fā)現(xiàn)果實(shí)中的可溶性固形物和VC含量顯著高于對照，分別提高5.99%和120%。董娟華等[13]給葡萄施用硅肥（Si≥60g/L、有機(jī)質(zhì)≥3g/L）后，可溶性固形物顯著提高18.7%。

3.2.2 改善蔬菜品質(zhì)

閆素芹等[14]給韭菜施用0.27%濃度的硅肥，發(fā)現(xiàn)VC含量提高19.8%，可溶性蛋白含量增加了62.5%，可溶性糖含量增長69%，韭菜品質(zhì)得到明顯改善。王苗苗等[15]給黃瓜噴施單硅酸、果糖、葡萄糖和VC含量分別比對照提高了13.79%、18.08%、75.11%。

3.2.3 提高糧食作物品質(zhì)

眾多研究發(fā)現(xiàn)，施用適量的的硅肥可以提高大米品質(zhì)。盧維盛等[16]給盆栽水稻施用硅肥，發(fā)現(xiàn)施用硅肥后，能將稻米精米率提高到60.4%，達(dá)顯著水平，將堊白面積降低到29%，達(dá)顯著水平，稻米加工品質(zhì)也得到顯著改善；將直鏈淀粉含量降低到22.5%，達(dá)顯著水平，明顯提高了稻米的蒸煮品質(zhì)，這與王遠(yuǎn)敏等[17]的研究是一致的。目前關(guān)于硅肥對小麥、玉米等其它禾谷類作物品質(zhì)影響的研究較少，有待于進(jìn)一步加強(qiáng)。

3.3 對農(nóng)作物重金屬含量的影響

硅可以控制重金屬遷移，抑制作物對重金屬的吸收。李淑儀等[18]通過模擬給鉻污染土壤施硅的盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硅肥的施入降低了小白菜各部位對鉻的富集能力，且鉻的累積量隨硅肥施用量的增加而降低，從而降低了重金屬鉻對小白菜的污染。研究發(fā)現(xiàn)，施營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑46.02kg/hm2與納米硅45.00kg/hm2的煙葉，相對于不施的Pb含量降低32.0%、Cd含量降低90.4%。水稻、玉米等禾本科植物施用納米硅，籽實(shí)中Cd、Ph、Cu、Hg的含量研究已有較多的報(bào)道。有專家認(rèn)為，硅肥中的硅酸根離子與重金屬離子發(fā)生反應(yīng)，形成難溶于水、不易被植物吸收的的硅酸鹽化合物，沉淀下來，從而降低了上述重金屬的含量[19]。

3.4 對土壤改良及作物根系生長的影響

硅肥能提高土壤通透性，改良土壤，促進(jìn)作物根系的健康成長。宋利強(qiáng)等[20]研究發(fā)現(xiàn)，施入有機(jī)硅水溶緩釋肥能明顯提高小麥起身期、拔節(jié)期、孕穗期和開花期的根干重、總根長、根體積和根活力，特別是在拔節(jié)期、孕穗期、開花期，達(dá)到極顯著水平，可見硅肥能優(yōu)化小麥根系性狀。給玉米施入有機(jī)硅水溶緩釋肥能明顯提高拔節(jié)期、大喇叭口期10～20cm土層深度的根干重密度、根長密度和根表面積密度，特別是大喇叭口期10～20cm土層深度的提高幅度達(dá)到極顯著水平。施用硅肥的土壤毛管孔隙度、土壤總孔隙度在每個(gè)土壤層次都有增加，特別是在0～20cm的增加幅度達(dá)到顯著水平，10～20cm土壤毛管孔隙度和總孔隙度增加最大，為5.47%，說明有機(jī)硅水溶緩釋肥能顯著提高土壤的通透性，改善土壤性狀。

4 展望

我國對硅肥的研究雖然起步較晚，但對硅元素的研究較深入，并在多種作物上進(jìn)行了推廣應(yīng)用，取得了顯著成績，近幾年也形成了硅肥研究熱潮。研究應(yīng)用中存在的主要問題，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：研究農(nóng)作物增產(chǎn)的多，改善農(nóng)作物品質(zhì)的少；長江流域及以南使用硅肥的多，北方地區(qū)的少；禾本科作物研究的多，其它作物研究的少；實(shí)際應(yīng)用研究的多，作用機(jī)理研究的少，如對硅與其它營養(yǎng)元素相互作用、硅參與的植物體內(nèi)循環(huán)和轉(zhuǎn)化機(jī)制還不清楚，硅改良土壤的機(jī)制還不夠明確等。因此，深入研究硅元素在作物中的作用機(jī)理，分析其在土壤改良中的機(jī)制，對于普及硅肥知識，科學(xué)施用硅肥，提高人們的膳食營養(yǎng)水平、預(yù)防土壤污染、保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全等具有重要的意義。