不同施硅处理对桃幼树土壤肥力与生长的影响

贺 月，彭福田，肖元松，王国栋，郜怀峰，孙希武

（山东农业大学园艺科学与工程学院，作物生物学国家重点实验室，山东 泰安 271018）

土壤质量的持续恶化以及果树生产管理中肥料利用率低、土壤营养元素不均衡等问题已成为制约我国果树农业可持续发展的因素之一。如何采取经济有效的措施在改善土壤理化性质的同时进一步促进植株生长，是未来农业发展的一大目标。硅作为地壳中含量第二大的元素，虽非必须元素，但其有益作用已在水稻［1］、高粱［2］等多种禾本科单子叶植物中得到证实。大量研究结果表明，硅在激发机体过敏反应，增强植物抗病性、抗虫性，缓解重金属胁迫，提高抗盐、抗旱性，促进植株生长，改善叶片光合性能及果实品质方面具有重要作用［3］。目前硅肥的研究主要集中在单子叶作物及黄瓜、番茄、南瓜等蔬菜方面，在苹果、梨、龙眼、葡萄果树上也进行了相应研究，但有关桃树的施硅效用研究还很少。施用硅肥是促进植物生长的一种生态兼容性、环境友好型的技术，并且硅肥过量时无腐蚀性、不伤害植物。据预测，施硅将成为农业上促进植物生长的一种可持续策略及新兴趋势［4］。

目前有机硅肥的应用越发受到重视，它作为一种新型肥料，可缓慢释放肥效，且亲土性强，可促进土壤团粒形成，达到85%的肥料利用率［5］。张亚建等［6］研究表明，有机硅肥施用效果优于无机硅肥，可提高苹果叶片和果实中硅含量。宋利强等［7］研究发现有机硅水溶缓释肥可提高小麦各时期根活力、总根长及根干重，有效优化小麦性状。但由于有机硅肥成本较高，其在农业市场上的应用受到了一定的限制。研究硅肥与土壤改良剂配施能否在节约成本的基础上实现更好的施用效果具有一定的价值。目前市场上常用的硅肥主要有硅钾肥、硅钙肥、矿物炉渣等，硅藻土为多孔结构，且颗粒精细、坚固耐磨、耐酸碱、渗透性及吸附性良好［8］，其作为土壤调理硅肥也在农业上得到了应用。在对硅肥的应用中，唐岩等［9］发现，叶面喷施硅酸钾可提高苹果品质。沈金金等［10］研究表明，废硅藻土可显著改善土壤保肥能力，用量以土壤含量的5.4%～6.0%为最佳，高于这个含量则保肥效果不会出现显著性差异。黄腐酸钾作为一种腐植酸类物质，富含有机成分，可提高根系活力，增加生物量及氮素利用率，有利于桃树新梢生长和树势健壮［11］。鉴于纳米材料的界面效用，农业纳米技术这种新兴技术成为新的研究热点，未来将致力于使用更多的二氧化硅纳米颗粒，研究其对作物生长、产量、品质等的影响［12］。

笔者以盆栽桃为研究对象，采用硅酸钾+纳米碳与硅藻土+黄腐酸钾的施用组合，使黄腐酸钾进一步提高硅藻土的保肥性能，纳米碳增加硅酸钾在土壤中的溶解性及可吸收性。在保证元素供给充足的前提下，明确不同硅肥在桃园施用效果，进一步验证促进植株生长及改良土壤肥力的较好的施硅组合，以期为硅肥在果树上的合理施用提供新的思路及参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点位于山东农业大学试验基地，供试土壤为褐土，土壤养分质量分数为碱解氮73.58mg/kg，有效磷65.34mg/kg，有效钾88.80mg/kg，有机质16.67g/kg，pH 值7.01。

1.2 供试材料

供试品种为两年生“瑞蟠21/毛桃”［Prunus persica （Carr.）Franch.］嫁接苗，选取长势一致、无病虫害的桃苗，于2017 年4 月移栽入直径46cm、高40cm 的盆中，盆土选取桃园0～20cm 表层土，撒施有机肥及蛭石后，筛除植物残体及石砾，每盆装土60kg。

硅酸钾由天津市凯通化学试剂有限公司生产，固体，K2O30%，SiO260%；硅藻土购自新乐市天大助滤剂厂，粉末状固体，SiO290%；纳米碳由北京奈艾斯新材料有限公司提供，液体，浓度3‰，用量由复合肥养分含量确定；黄腐酸钾从山东省潍坊市东阳化工厂购买，全氮含量2.8%，P2O50.6%，K2O9.7%；尿素：全氮含量46%；聚磷酸铵：全氮含量11%，P2O533%；硫酸钾：K2O54%。

1.3 试验设计

试验设5 个处理：CK：常规施肥（尿素10.87g，聚磷酸铵9.09g，硫酸钾11.11g）；T1：硅酸钾20g+常规施肥；T2：硅藻土13.33g+常规施肥；T3：硅酸钾20g+纳米碳10mL+常规施肥；T4：硅藻土13.33g+黄腐酸钾8g+常规施肥。各处理肥料均混合后以1000mL 水冲施。常规施肥量参考本实验室往年施用量，根据盆土质量按N∶P2O5∶K2O=2∶1∶2 计算得出，各处理中大量元素均进行了配平，使其氮磷钾肥含量与对照一致；纳米碳用量由复混肥养分含量确定，硅肥用量为有效硅200mg/kg。

单株为1 次重复，每处理重复10 次，随机区组排列，待桃树正常生长后（4 月20 日）进行施肥试验，6～8 月取样测定土壤及植株各指标，桃幼树新梢停长后（11 月1 日），进行破坏性取样，测量地上地下部分干重及元素含量。

1.4 取样方式与测定方法

7 月5 日， 选 取5～15cm 表 层 土 于 阴 凉处风干，四分法取样，过0.084mm 筛，进行土壤各指标的测定。土壤碱解氮用碱解扩散法［13］；土壤有效磷含量用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法［13］；土壤速效钾用1mol/L 中性醋酸铵浸提，火焰光度法测定［13］；土壤有效硅用柠檬酸缓冲液浸提，硅钼蓝比色法测定［13］；土壤容重采用环刀法测定。氧化还原电位测定用便携式防水pHMV电导测定仪［14］（美国HACH，H170-BNDL）。土壤pH 值用pH 计［14］（Seven Compact）；土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶分别用苯酚-次氯酸钠比色法、磷酸苯二钠比色法、高锰酸钾滴定法、3，5-二硝基水杨酸比色法［15］。各处理进行3 次重复，结果取其平均值。

8 月5 日，用SPAD-502Plus 便携式叶绿素测定仪测叶绿素SPAD 值；用CIRS-3 型光合仪测定光合参数。分别于5 月1 日、8 月1 日、11 月1 日用游标卡尺及米尺测量生长期内地径及新梢平均枝长，并计算期间地径的加粗量及新梢平均枝长的伸长量。每株重复测定8 次。盆栽植株将根、主干、侧枝、叶分别用自来水及蒸馏水冲洗干净，于105℃下杀青0.5h，在80℃下烘干至恒量，称量干重后测量各处理植株体内氮、磷、钾、硅含量。植株氮磷钾含量采用硫酸-过氧化氢消煮后，分别采用凯氏定氮仪、钒钼黄比色法、火焰光度法进行测定［13］。硅含量测定运用硅-钼蓝比色法［13］。各处理进行3 次重复，结果取其平均值。

1.5 数据分析

运用Excel2013 进行数据处理和图表绘制，应用SPSS20.0 软件对数据进行单因素方差分析及最小显著差异性检验（Duncan’s新复极差法，P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同硅肥对土壤的影响

2.1.1 不同硅肥对土壤理化性状的影响

土壤理化性质主要包含土壤通气性、土壤含水量、土壤pH 值等性状。土壤氧化还原电位可反映土壤溶液中氧化还原状况，土壤容重可反映土壤的通气性，土壤含水量反映土壤水分状态。

由表1 可知，施加硅肥可提高土壤氧化还原电位，降低土壤容重，增加土壤含水量。在对照基础上，T4（硅藻土+黄腐酸钾）处理可显著提高13.6%的土壤氧化还原电位，降低18.9%的土壤容重。施硅增加了土壤含水量，表现为T4＞T3（硅酸钾+纳米碳）＞T2（硅藻土）＞T1（硅酸钾）＞CK，各自增加了16%、11%、11%、5%，差异显著。说明施硅能优化土壤理化性状，给植物根系生长提供良好的生长环境。

表1 不同硅肥对土壤氧化还原电位及 土壤容重、含水量的影响

从图1 可知，施加硅肥后土壤pH 值提升4.4%～6.5%，差异显著，但各施硅肥处理之间未出现显著性差异。施硅后，土壤pH 值并未因pH值高达11.73 的硅酸钾及低至5.35 的黄腐酸钾的施入而发生大幅度改变，均保持在7.03～7.18 相对稳定的范围内，这说明硅肥具有稳定土壤pH 值的作用，使土壤环境保持相对稳定。

2.1.2 不同硅肥对土壤酶活性的影响

土壤酶的活性大致反应了某一种土壤生态状况下生物化学过程的相对强度，测定其活性，可间接了解某种物质在土壤中的转化情况，是评价土壤肥力的一项重要指标。

图1 施硅对土壤pH 值的影响

由图2 可知，施硅可提升土壤脲酶活性，T4、T2、T3 的脲酶活性高于T1 与CK，分别比CK 提高 了42%、41%、36%，T1 酶 活 性 比CK 增 加 了26%，差异显著；从图3 可看出，T1 及T3 处理使磷酸酶活性分别比对照增加了7.3%、7.6%；T2 及T4 处理对磷酸酶活性的提升效果较弱，相比对照提高了2.5%、3.3%，但均达到显著性差异。T4处理使土壤过氧化氢酶活性提高31%，差异显著（图4）。施硅显著增加了土壤蔗糖酶活性，T1～T4依次上升48%、82%、37%、80%（图5）。说明施硅通过改良土壤理化性质，影响土壤微生物的活动，进而使各种土壤酶的活性增强，改良土壤微 环境。

图2 施硅对土壤脲酶活性的影响

图3 施硅对土壤磷酸酶活性的影响

图4 施硅对土壤过氧化氢酶活性的影响

图5 施硅对土壤蔗糖酶活性的影响

2.1.3 不同硅肥对土壤氮磷钾硅元素含量的影响

土壤氮磷钾是供植物生长的主要营养元素，也是体现土壤肥力的重要指标。硅肥的施加对土壤中3 种常量元素也会产生影响，而元素含量的变化也与土壤酶的活性有一定的相关性。

施加几种硅肥后，土壤碱解氮含量变化幅度较小，各处理间数值并未出现显著性差异，T1、T2、T3、T4 处理分别比对照增加了4%、0.7%、12%、16%的碱解氮含量（图6）。由图7 可知，硅酸钾参与的处理，土壤有效磷含量低于对照。其中，T1 与T3 处理的土壤有效磷含量相比对照分别减少了45%、49%；硅藻土参与的处理，比对照提升了17%的有效磷含量，均出现显著性差异。由图8、9 可知，施硅对土壤速效钾及有效硅含量的提升效果为T3＞T4＞T1＞T2，分别比CK 提升了25%、10.5%、7.9%、5.3%及18.7%、17.5%、11%、8.6%，差异显著。说明施硅改善了土壤微生物的活动及土壤酶活性，使土壤营养元素保持良好的有利于植株吸收的状态。

图6 施硅对土壤碱解氮含量的影响

图7 施硅对土壤有效磷含量的影响

图8 施硅对土壤速效钾含量的影响

图9 施硅对土壤有效硅含量的影响

2.2 几种硅肥对植株氮磷钾硅含量及桃树生长量的影响

2.2.1 几种硅肥对植株氮磷钾含量的影响

施硅可增加叶片氮含量，其中T4 比对照增加了48%，差异显著；各施硅处理的侧枝的氮含量比对照提高了36%～44%，出现显著性差异；氮含量在植株其他部位差异不显著（图10）。施硅后，叶片磷含量显著提高了14.6%～29%，T3、T4 根中磷含量显著提高了46%（图11）。施硅同样提高了叶片和根系中的钾元素含量，叶片钾显著增加了14%～33%，T3、T4 根中钾含量增加了18%、16%，差异显著（图12）。说明施硅可提高叶片、侧枝的氮含量，叶片、根的磷钾含量，T3、T4 均在对照基础上出现显著性提升。

从图13 可以看出，对于整棵植株来说，硅元素含量根系＞叶片＞侧枝＞主干，也就是地下部含量高于地上部，地上部硅含量遵循“末端分布规律”。施硅可明显提高根系中的硅含量，T1 及T3处理提高了根系中55%、99%的硅含量，差异显著，施硅对其他部位硅含量未出现明显提升。说明硅酸钾可以提高植株对硅的吸收量，硅藻土通过改善土壤理化性质，提供根系生长的良好环境。

图10 施硅对植株各部位全氮含量的影响

图11 施硅对植株各部位全磷含量的影响

图12 施硅对植株各部位全钾含量的影响

图13 施硅对植株各部位硅含量的影响

2.2.2 几种硅肥对桃光合参数及叶绿素SPAD 值的影响

光合参数可直观反映出植株的生长状况。由表2 可知，各处理的胞间二氧化碳浓度未出现显著性差异，其余3 项光合参数指标均为施硅处理组高于对照组，其中气孔导度增加了98%至2.1 倍，净光合速率提高11%～15%，蒸腾速率提升65%至1.1倍。叶绿素SPAD 值未出现显著性变化，但硅肥处理比对照增加了4.3%～5.4%。说明施硅可显著增大气孔导度，提高胞间二氧化碳浓度，进而提高植株叶绿素含量与光合速率。

表2 施硅对桃光合参数及叶绿素SPAD 值的影响

2.2.3 几种硅肥对地径及新梢平均枝长的影响

地径的加粗量及新梢平均枝长的伸长量可直接反映植株在生长期的营养状况及生长能力。从表3 可以看出，第一阶段的地径，各处理间未出现显著性差异，可能是树体过小或两次量取间隔时间过短的缘故。但从数据分析来看，各处理促进地径生长的趋势表现为T3＞T1＞T4＞T2＞CK，比对照分别提高了44%、42%、38%、21%。第二阶段，施加硅肥可使地径加粗量显著提高89%至1.2 倍。第一阶段，各硅肥处理均可显著提高新梢伸长量，以T4 处理提升量最大，比对照增加了77%；第二阶段，硅肥处理使新梢伸长量相比对照提高了27%～64%，达到显著性差异水平。说明各硅肥处理均可显著提高植株的生长量，纳米碳或黄腐酸钾可在硅肥的促生基础上进一步提高生长量。

表3 施硅对地径及新梢平均枝长的影响（cm）

由表4 可知，T1、T3 处理可明显提高地上部生长量，相比对照分别增加了56%、53%；T3、T4对根系的促生作用比对照提高了82%、50%，差异显著，同时根冠比分别提高了18%、24%，达到显著性差异水平。

表4 施硅对盆栽桃生长量的影响

硅酸钾可显著促进地上部生长繁茂；硅藻土对地上部干重未出现显著促进作用。硅酸钾及硅藻土对根系具有促生作用，纳米碳或黄腐酸钾的施加可在此基础上进一步促进根系生长，相应地配施硅肥可显著提高根冠比。说明施硅可提高根系生长量，增加根冠比，进一步促进地上部及总生物量的增加。

3 讨论

3.1 硅肥可改善土壤理化性质、土壤酶活及氮磷钾硅含量，提高土壤肥力

硅肥可改善土壤理化性质。本研究表明，施硅可有效提高土壤氧化还原电位，降低土壤容重，使土壤疏松多孔，保持良好的水分状况和通气度，提高土壤pH 值。前人也研究发现施用硅肥可显著增加土壤毛管孔隙度，提高土壤通透性，改善土壤性状。高荣广等［16］、吕金榜等［17］研究也证实了纳米碳可提高氧化还原电位、降低土壤容重、增加土壤吸渗率、降低表层土壤的水分含量，保持水土方面的有效性。张青等［18］研究发现，硅钙镁磷钾肥可提高土壤pH 值。本研究结果与之前研究结果保持了一致。

施硅能提高土壤肥力是因为硅肥可改善土壤中大量元素的可吸收性：当磷肥供给充足时，施硅可抑制磷的吸收，但当土壤磷素缺乏时，施硅一方面可促进植物体内磷的转移以促进磷的吸收，另一方面又可增加土壤磷的有效性；在保证钾肥基本用量的前提下，施硅可起到更好的效果［19］。试验结果表明，施硅可提高4 种土壤酶的活性，且均达到显著性差异水平。T2、T3、T4 的脲酶活性显著高于CK 及T1，T1 脲酶活性比CK 高，差异显著。硅藻土参与的处理在提高土壤脲酶活性的作用上强于硅酸钾参与的处理，因为土壤脲酶的活性与土壤氧摄入量相关，且脲酶在中性土壤的活性强于碱性土壤，所以硅藻土大孔隙的特性使其相较硅酸钾有较强的脲酶活性。施硅后土壤碱解氮含量未出现显著性差异，但仍是T4 的碱解氮含量最高。T4 处理的过氧化氢酶活性显著高于CK 及其他处理，说明硅肥处理能提高土壤代谢能力，改善土壤代谢循环。T2、T4 的土壤蔗糖酶活性比CK、T1、T3 高，T1、T3 蔗糖酶活性高于CK，均出现显著性差异。施硅能有效调动土壤蔗糖酶活性，使土壤中高分子量的蔗糖转变为更易被植物及微生物吸收利用的葡萄糖。施硅对土壤磷酸酶活性的影响不同于前3 种土壤酶，表现为T3＞T1＞T4＞T2＞CK，土壤有效磷含量表现为T2、T4＞T1、T3、CK，差异显著。硅酸钾参与处理的土壤磷酸酶活性高于硅藻土参与的处理，而土壤有效磷含量却低于硅藻土处理，可能原因是硅酸钾中有效硅易溶于土壤溶液（纳米碳进一步促进有效硅的溶解），使土壤有效磷活化，更易与硅酸盐结合，大部分被植物体吸收，而硅藻土有效成分多为不溶于水的二氧化硅，多存在于土壤中用于疏松土壤结构、改善理化性质，最终使硅酸钾相关处理中土壤有效磷含量低于硅藻土。已有研究表明，土壤中施入硅肥可将吸附在土壤中的磷释放出来，同时硅还能降低游离铁和铝对磷肥的固定。因此施用硅肥既能活化土壤中的磷素，又能促进磷在植株内的运转，进而提高作物产量［20］。董敬娜等［21］研究发现，小麦施用硅肥，可提高脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶活性，提高土壤pH 值，并促进小麦生长。吕海龙［22］在茄子上施用硅肥也得出相似的结果。几种硅肥活化土壤速效钾的作用比较明显，各处理均出现显著性差异，配施肥优于单一肥料，硅酸钾优于硅藻土。施硅增加了土壤中硅含量，硅酸钾的有效硅更易溶于土壤溶液，使硅酸钾参与处理的土壤有效硅含量高于硅藻土参与的处理。

3.2 硅肥可提高植株氮磷钾硅含量，促进植株生长

施用硅肥后可使植株茎叶挺直，叶面积相对增加，光合作用增强，有利于碳水化合物的积累，根系发达，吸收矿质营养的能力增强，促进植株生长［23］。茅国芳等［24］的研究表明，施硅可提高水稻植株中SiO2/N 及SiO2/K2O，且植株硅的增加和产量增加呈正相关；土壤有效硅低于320mg/kg 时，施用硅肥增产显著。

由试验结果发现，施加硅肥可促进桃树对氮磷钾的吸收，更好地利用土壤营养元素，促进植株生长，有效提高干鲜重、根冠比、光合速率、蒸腾速率及气孔导度，并可增加地径及新梢平均枝长。朱从桦等［25-26］研究表明，玉米生产中增施硅肥可提高拔节期及成熟期氮磷钾硅的含量，并能提高玉米生长量及产量。裴福云等［27］对盆栽红苋菜进行叶面喷硅，发现其氮磷钾总量得到提高，干鲜重、可溶性糖及产量也大幅度增加。张平艳［28］研究发现施硅可提高黄瓜光合色素含量、净光合速率、干鲜重及株高等指标。张梅等［29］发现施硅处理均显著提高了葡萄叶片干物质量、厚度和产量。苏秀伟等［30］研究表明，硅可提高酸性土壤中红富士苹果的品质，降低锰含量。武建华等［31］研究得出，硅钙肥可有效提高冬小麦产量及品质。张青等［18］研究发现，硅钙镁磷钾肥可提高番茄产量、品质。本研究结果与之前相关研究显示出一致性。

同时本研究发现硅酸钾补硅效果优于硅藻土，可能是源于其有效硅以硅酸盐形式存在，更有利于植株吸收，而且施硅后可明显提高桃植株根系硅含量，前人发现水稻中硅转运蛋白主要在根内表达，而桃中硅具体的吸收及转运机制还有待研究。施硅对桃树其他部位硅含量未产生明显变化，Vulavala 等［32］的研究也表明施硅未影响马铃薯各部位硅含量。硅是促进植物生长的有益元素，尤其是在胁迫条件下作用更大［33］。张菂［34］研究表明，施硅能够显著缓解干旱胁迫下苹果叶片PSII反应中心的相对降解速率，增强捕获光能的能力，并提高PSI 的电子传递和PSII 天线热耗散的能力。硅除了限制砷胁迫下水稻对砷的吸收，也是减少光合损伤的参与者；硅也对砷胁迫下的番茄起到相应的作用［35-37］。Pandey 等［38］调查发现，在印度芥菜中，加硅可通过改善根的形态特征以及初生根及侧根的发育来调节砷的负面作用。硅参与细胞内部的交互作用并对植物新陈代谢有影响。在未来，以硅和植物相互作用的具体方面为中心的研究活动，对于制订旨在提高作物产量的农业措施至关重要［12］。

硅肥的研究具有广阔的前景，未来可以更加细致地研究硅在植物遭受胁迫下所起的作用，并明确其具体作用机制；研究硅的吸收、转运、积累的具体方式及形式；硅在植物体内的分布及形态也有待更深一步的研究。

4 结论

硅酸钾+纳米碳处理中，硅酸钾本身的有效硅更易溶于土壤溶液，纳米碳对有效硅具有一定的促溶作用，使植株体内吸收更多的硅元素，促进植株生长；另外，该处理可增强土壤酶活，提高土壤氮磷钾硅元素的有效性并促进植株对其吸收来增加植株生长量；硅藻土+黄腐酸钾处理中，硅藻土独特的孔径结构使其可更有效地调节土壤理化性质，增加土壤通透性及孔隙度，保持土壤微环境的生态平衡，改善并活化土壤内大量元素营养状况，使土壤酶的酶反应底物浓度增加，提高土壤酶活性，促进植株营养吸收及形态建成。

硅酸钾+纳米碳与硅藻土+黄腐酸钾这两种处理，相较于单施硅肥，对土壤肥力及植株生长具有更好的效果。