硅肥的研究及其在农业生产上的应用

王永刚，康怀启，王会海，程兆东

（1.濮阳市华龙区土肥站，河南濮阳457000；2.濮阳市农业畜牧局，河南濮阳457000）

硅在地壳中丰度为29.5%，次于氧元素，位居第二位[1]。硅在土壤中的含量为25%，绝大部分是非常稳定的结晶态和不定型态，植物无法直接吸收利用，只有能溶于水的、少量的单分子硅酸才能被植物吸收[2，3]。增施硅肥后，可提高农作物的抗倒伏能力、减少病虫危害，使茎叶直挺，利于通风透光，增强植物光合作用，降低可食部分的重金属含量，使植物品质变优。

蔡德龙[4]调查表明，我国有50%的耕地面积缺硅，并且随农作物产量的提高缺硅面积呈增大的趋势。在长期的农业生产实践中，人们逐渐认识到作物对中量元素硅的需求量仅次于对氮、磷、钾的需求量，是作物生长所必须的第四大元素[5]。所以，以测量氮磷钾为主的常规测土配方施肥技术需要增加对中量元素硅的测量。只有根据检测结果进行配方生产，定向生产多元素肥料，做到精准施肥，才能充分挖掘土壤潜力，最大限度提高农作物单位面积的产量。本文对国内外硅肥的研发情况进行了综述，对硅肥的种类进行了介绍，并分析了硅肥对农作物产量、品质和重金属含量的影响，以及硅肥对土壤的改良作用和硅肥研究应用中存在的问题。

1 硅肥研究现状

1.1 国外硅肥研究

英国洛桑肥料试验站的科学家最早证明硅具有活化土壤中磷的作用[4]，美国科学家于1926年首次提出水稻是喜硅作物，硅是水稻必需的营养元素；在亚洲，日本专家于1930年也进行了水稻喜硅研究。这个时期的研究重点放在了硅肥是否是植物生长的必需元素上，对硅的开发与应用长期处于停顿状态。到50年代，日本实现理论突破，确定了硅肥对水稻的增产作用。1954年，日本建成世界第一家硅肥工厂；1955年，日本把硅肥作为新型肥料进行了示范推广，并取得了显著的经济效益。随后，韩国、朝鲜等其他亚洲国家先后进行了硅肥的引进、生产和推广。

1.2 国内硅肥研究

我国对硅肥的开发应用起步较晚，硅肥的研发可分两个阶段。首先是20世纪90年代以前为向日本学习阶段。这一阶段主要是借鉴日本的经验，在长江以南部分省份小规模进行田间试验并试生产硅肥。20世纪70年代后期，化工部和中国科学院等单位先后在南方安排了硅肥对水稻增产效果试验研究项目，对我国硅肥的推广进行了积极地探索，80年代，国家组织人员到日本等国学习考察硅肥生产技术，归国后，先后利用粉煤灰、泡花碱为原料成功进行了硅肥生产。其次是20世纪90年代以后的自我发展阶段。1990年，蔡德龙将日本先进的硅肥生产技术与中国的实际情况相结合，主持完成了《硅营养及硅肥的研制与应用研究》“八五”重点科技攻关课题。课题实施过程中，在河南信阳地区建立了一个利用炼铁水淬渣生产硅肥工厂，这是我国第一个硅肥生产项目。“硅营养及硅肥的研制与应用研究”课题于1995年和1996年分别获得中国科技博览会金奖和中国专利新技术新产品博览会金奖，并于1998年被列为“九五”国家科技成果重点推广项目。从此以后，国内硅肥生产企业陆续建成投产，中华人民共和国农业行业标准《硅肥》也于2004年颁布实施，我国的硅肥研究与开发进入了快车道，硅肥逐渐被人们接受，应用到农业生产上来，并取得了显著效果，在国内迅速掀起了硅肥推广热潮。

2 硅肥的种类

硅肥的分类方法有多种，每一种都有其特点和适应性，在生产实践中被大家认可的是根据硅肥资源、生产工艺和硅作用不同而进行的分类，按照此方法可将硅肥分为四大类：一是熔渣硅肥，利用炼钢厂的废钢渣、粉煤灰、矿石经过高温煅烧机械磨粉等工艺加工而成，有效硅含量≥20.0%，细度（通过250μm标准筛）≥80%，符合农业行业标准，且不溶于水，溶于弱酸，可做基肥；二是水溶性硅肥，主要成分为泡花碱，有效硅含量55%左右，溶于水，可做基肥、追肥和叶面肥[6]；三是硅复混肥，是将硅肥添加到N、P、K复合肥中经造粒而成，营养元素全面，非常适合测土配方施肥；四是有机硅水溶缓释肥[7]，这是一种新型肥料，是用水溶性有机硅作为包膜剂包被肥料，经造粒而成，这种肥料溶于水，能缓慢释放肥效；而且亲土性强，能促进土壤团粒结构的形成，还能提高肥料利用率，使其达到85%以上。

3 硅对农作物的主要影响

3.1 硅肥对农作物产量的影响

张亚建等[8]试验表明，给苹果树施用有机硅肥或无机硅肥可提高苹果产量10%以上，蔡德龙等[9]同样证明，给苹果施用硅肥可增产10%以上。蔡德龙[10]的“草莓施用硅肥的增产效果”专项研究也表明，施用硅肥的草莓，产量增长23.9%左右。同样，硅肥对番茄、香蕉、枣和葡萄都有增产效果。唐爱均等[11]研究发现，番茄施用硅肥可以提高产量16.16%，同时，还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产量33.3%，给枣、葡萄施用硅肥可提高产量15%～20%，甘蔗提高16.5%～26%，茄子提高12.8%～22.6%，西葫芦提高19.5%～28.7%。

3.2 硅肥对农作物品质的影响

3.2.1 硅肥可改善水果品质

关于“草莓施用硅肥增产效果”的专项研究表明，施用硅肥的草莓，果实圆润、颜色鲜红、成果率提高[10]。苏秀伟等[12]给苹果树施用硅肥后，发现果实中的可溶性固形物和VC含量显著高于对照，分别提高5.99%和120%。董娟华等[13]给葡萄施用硅肥（Si≥60g/L、有机质≥3g/L）后，可溶性固形物显著提高18.7%。

3.2.2 改善蔬菜品质

闫素芹等[14]给韭菜施用0.27%浓度的硅肥，发现VC含量提高19.8%，可溶性蛋白含量增加了62.5%，可溶性糖含量增长69%，韭菜品质得到明显改善。王苗苗等[15]给黄瓜喷施单硅酸、果糖、葡萄糖和VC含量分别比对照提高了13.79%、18.08%、75.11%。

3.2.3 提高粮食作物品质

众多研究发现，施用适量的的硅肥可以提高大米品质。卢维盛等[16]给盆栽水稻施用硅肥，发现施用硅肥后，能将稻米精米率提高到60.4%，达显著水平，将垩白面积降低到29%，达显著水平，稻米加工品质也得到显著改善；将直链淀粉含量降低到22.5%，达显著水平，明显提高了稻米的蒸煮品质，这与王远敏等[17]的研究是一致的。目前关于硅肥对小麦、玉米等其它禾谷类作物品质影响的研究较少，有待于进一步加强。

3.3 对农作物重金属含量的影响

硅可以控制重金属迁移，抑制作物对重金属的吸收。李淑仪等[18]通过模拟给铬污染土壤施硅的盆栽试验发现，硅肥的施入降低了小白菜各部位对铬的富集能力，且铬的累积量随硅肥施用量的增加而降低，从而降低了重金属铬对小白菜的污染。研究发现，施营养调节剂46.02kg/hm2与纳米硅45.00kg/hm2的烟叶，相对于不施的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纳米硅，籽实中Cd、Ph、Cu、Hg的含量研究已有较多的报道。有专家认为，硅肥中的硅酸根离子与重金属离子发生反应，形成难溶于水、不易被植物吸收的的硅酸盐化合物，沉淀下来，从而降低了上述重金属的含量[19]。

3.4 对土壤改良及作物根系生长的影响

硅肥能提高土壤通透性，改良土壤，促进作物根系的健康成长。宋利强等[20]研究发现，施入有机硅水溶缓释肥能明显提高小麦起身期、拔节期、孕穗期和开花期的根干重、总根长、根体积和根活力，特别是在拔节期、孕穗期、开花期，达到极显著水平，可见硅肥能优化小麦根系性状。给玉米施入有机硅水溶缓释肥能明显提高拔节期、大喇叭口期10～20cm土层深度的根干重密度、根长密度和根表面积密度，特别是大喇叭口期10～20cm土层深度的提高幅度达到极显著水平。施用硅肥的土壤毛管孔隙度、土壤总孔隙度在每个土壤层次都有增加，特别是在0～20cm的增加幅度达到显著水平，10～20cm土壤毛管孔隙度和总孔隙度增加最大，为5.47%，说明有机硅水溶缓释肥能显著提高土壤的通透性，改善土壤性状。

4 展望

我国对硅肥的研究虽然起步较晚，但对硅元素的研究较深入，并在多种作物上进行了推广应用，取得了显著成绩，近几年也形成了硅肥研究热潮。研究应用中存在的主要问题，体现在以下几个方面：研究农作物增产的多，改善农作物品质的少；长江流域及以南使用硅肥的多，北方地区的少；禾本科作物研究的多，其它作物研究的少；实际应用研究的多，作用机理研究的少，如对硅与其它营养元素相互作用、硅参与的植物体内循环和转化机制还不清楚，硅改良土壤的机制还不够明确等。因此，深入研究硅元素在作物中的作用机理，分析其在土壤改良中的机制，对于普及硅肥知识，科学施用硅肥，提高人们的膳食营养水平、预防土壤污染、保证农产品质量安全等具有重要的意义。