硅肥作用机制和应用新观点

日期:06-19-2023

世界农化网中文网报道： 地球上每公斤的土壤含有硅元素高达50-400克，是固体金属中含量最多的元素。在农业需求量和重要性上，也有诸多对硅肥的论述，包括作物的第四大元素和其已经周知的多重效益。由于硅肥带来的效益十分广泛，从抗逆到增产，从改土到提质，市面上相关硅肥产品，在营销渲染上也就多了许多摸棱两可的空间。本文拟从作用机理角度出发，让读者掌握机理，也就能判别产品效能，进而识别产品是否具有正确的宣传效果。

首先，什么形式的硅才是能被作物利用的？硅肥的价格取决于什么？植物可吸收和利用的硅，通常以硅酸盐的形式存在。硅酸盐在水中解离成硅酸根离子后，进一步形成硅酸（H₂SiO₃）或硅酸二离子（H₂SiO₄-），取决于溶液的pH 值，两者都是植物可利用的硅形态。硅肥的来源多为矿石，主要有硅酸盐矿石，其中包括沸石、石英（二氧化硅SiO₂）、长发石、辉石等。另外有硅土矿石，也就是常听到的硅藻土，它主要是由硅藻、硅藻残骸和其他有机和无机物质组成。再来就是一些工业副产物，如硅酸钙（石膏）、硅酸钠（碱渣）等。所以，了解硅肥的来源，能进一步了解产品特性和其杂质的含量，进而判断产品质量。在诸多来源当中，沸石是一种常见的硅铝酸盐矿物，一种硅氧四面体和铝氧六面体的结合产物。其化学式通常为(Na₂,K₂,Ca)Al₂Si₈O₂0•6H₂O。沸石的硅酸盐含量取决于沸石矿物种类，如斜沸石、方沸石、绿泥石、凝铝石等，含量可从40%到70%不等。所以，价格上差异也有很大的区别。了解了其来源和种类，基本上我们就能了解其含硅在质和量上的区别。

硅肥效用机制，分几方面论述：

土壤改良功能

硅肥改良土壤的机理，涉及硅离子（Si⁴⁺）与土壤颗粒表面的相互作用和吸附过程。硅肥中的硅离子在与土壤颗粒接触时，会发生离子交换和吸附作用。硅离子可以与土壤颗粒表面的氢氧化铝、铁氧化物以及黏土矿物等，共构成吸附复合物。这种吸附过程是通过静电作用、表面配位作用和化学反应等机制，应用在肥料领域，就是改善土壤阳离子交换力和增加保肥力的功能。这也是最为大家周知的效用之一。

增加叶片物理效能

硅酸单体进入作物体内后，容易失去一个质子（氢离子）形成阴离子，彼此键结形成二体，再形成寡分子，最后形成聚硅酸颗粒的型态。这个就是在植物体内形成的″硅化结构″。藻类体内累计硅元素的过程，是目前研究的比较清楚的。在累积的早期，硅元素在细胞内呈现胶状的形态。到了成熟期，在藻类的叶面和叶背开始呈现圆颗粒，最高含量可占据到总基质里的0.5%。研究指出，添加硅肥对叶片的角质层和干物质累计，增加的幅度高达85%和46%。但这个过程的前提，需要足够的钙和果胶质来实现。叶片绒毛中的含硅量，比对照组明显的高出75%。在减少叶片的变形率或者是叶片的破损率，也分别达到15%和25%，对白粉病跟灰霉病带来的感染率也都明显的降低。

硅肥在藻类初期出现胶状累积(上2图); 圆颗粒浓缩(中2图)和巨分子沉淀(下2图)

(出处: Annals of Botany 100: 1383–1389, 2007)

解除盐害机制

硅肥对盐害作物的解除机制，在细胞结构上的了解，硅能减少盐离子对细胞产生高渗透压逆境而导致的失水皱缩。最主要的就是增加膜上的离子钾/钠比。在高盐度环境下，钾离子的外流和钠离子的内流稳定了细胞膜的电位差，增加细胞膜酶活性，减少细胞质的流失。在高度的盐害逆境下，硅也能让叶片上可溶性蛋白溶解，补偿细胞膜失去的渗透压，让细胞不至于死亡。其中的环节涉及各种氧化还原酶的作用。

降重金属性能多样化

硅对付重金属的研究，最早在1957年的大麦研究。硅并不能影响大麦所吸收锰的总量，但它能让锰在叶表分布均匀，减少在单点上的高度集中产生的叶片毒害。物质在植物细胞的流通路径，走的有共质体通道和质外体通道。硅质体可在质外体空间中形成物理屏障，从而减少镉的运输速率，降低镉在细胞质中的积累和分布。另外，硅和镉细胞壁有共沉淀的机制。在玉米的研究当中，镉、锌等重金属会与根表皮、外胚层、内胚层、木质部等细胞中的硅产生共沉淀现象，产生解毒的作用。日本人则发现，硅可让重金属形成氧化态后沉淀。对在胞外的重金属，硅直接和它们形成共价键的结合，让重金属失活。而已经进入细胞的重金属，硅能增加三磷酸腺苷合酶ATPase和焦磷酸酶Ppase的活性。这两种酶都是和能量的释放有关，能将胞器内的重金属，往叶泡输送并封锁在内，避免进一步毒害其他胞器。简单总结，就是将重金属″胞内封锁、胞外失活″。

植物体内硅的形成机制和生理机制，牵涉的的生理、生化和分子层面多已有充分了解。硅的吸收需要经由特定的转运蛋白的辅助，且需要能量机制的支持，因此，低温和代谢抑制剂会抑制硅的转运。丝氨酸等氨基酸可作为单硅酸形成多硅酸盐等复杂硅化物质的媒介。然而，硅也不是万能的。单硅酸盐在化学上不活跃，并且会形成多硅酸胶体颗粒。过量的多硅酸，也会干扰土壤结构的形成和保水能力。由于在原子电子结构上的限制，硅无法与太多其他类型原子形成化学键，这限制了它直接参于很多重要的生化代谢反应。然而，就目前了解的硅功能，已足以带来广谱性的综合效益。

广谱效益的硅肥，又有什么新应用呢？我们从硅的性质和复配性的创新加以论述。纳米硅进入农资人的世界，解决了硅肥在使用上的痛点。常规硅肥，也就是所谓的微米(μm)等级的硅，相较纳米硅1-100纳米(nm)等级，后者开启了农业领域更广泛的应用潜力。首先，作为杀虫剂增效剂使用，纳米硅颗粒可以附着并加速农药渗透到害虫体内。纳米硅也是肥料新型的传递系统，作为载体功能，纳米硅单位质量的颗粒表面积越大。因此具有更大的吸附表面积可以保护肥料免受环境因素的损失，将肥料有效地输送到植物的根系区域。作为植物保护剂功能，纳米硅可形成物理屏障，提高植物对病原体和胁迫因素的抵抗能力。

在大田作物使用的常规液体硅肥，也具有一些痛点和挑战，包括液体硅肥容易发生析出或沉淀现象。另外，液体硅酸盐溶液常常呈碱性，需要进行pH调节以适应不同的土壤条件和作物需求。纳米液体硅在这方面解决了这些痛点。纳米硅近中性的特性，解决了与大多数农药混配的问题；其次，纳米硅具备一定悬浮性，一定程度上解决了复配时的不稳定性。在复配的创新上，其中，硅铝酸盐和营养元素或菌剂的结合，给硅肥的应用提升了一个台阶。具有良好载体功能的应用技术,是种植业减肥增效的重要技术基础，主要还是借鉴了养殖业上的应用启发。但凡能具有良好吸附有害物质的性能，换个思路，就是保肥、减肥的应用基础。

国内在6-7年前就具有进口的相关肥料商品，在减肥增效，提质增收上的效能上，不一而足。硅肥和菌剂的结合，更是无机和有机的完美搭配，常见的有和芽孢杆菌类结合的硅肥品种，可保护菌剂避免失活，延长在土壤的释放效能。在实际的应用上，已有研究数据显示，纳米硅可作为水稻吸镉的叶面阻隔剂。试验数据表明，处理组镉含量均降至国家标准规定范围内，最大降幅达64.47%，且水稻增产率9.88%，达到增产提质和粮食安全的双重效益。在无公害花椒的生产上，未发表的数据也显示，和常规肥对比，使用颗粒硅肥对汞、铅和镉含量的降幅百分比，分别达到83%、69%和38%。在国内的其他应用，稻米和小龙虾的共养上，含吸附性硅肥的大量元素复合肥，不仅同时供应水稻营养，也能满足稻虾田的水质净化需求，实现水稻和小龙虾的双丰收局面。

 

含硅复合肥处理F8，F10 在产量、千粒重、出米率、精米率均较常规肥处理高。

尤其是F10处理均有5%显著差异。

 

含硅复合肥处理F8，F10 在稻虾水样氨氮含量的影响

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