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本文作者：薛高峰1孫焱鑫1陳延華1張貴龍2廖上強(qiáng)1作者單位：1.北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所2.農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所

硅作為地殼和土壤中第二個最豐富的元素，雖然尚未被列入高等植物必需營養(yǎng)元素［1］，但已有試驗(yàn)證明對許多作物生長都是有益的［2～6］。硅能使作物表皮細(xì)胞硅質(zhì)化，保持作物的莖、葉挺直，減少遮蔭，且葉片的硅化細(xì)胞對于散射光的透過量為綠色細(xì)胞的10倍［7］，能顯著增加光能吸收，提高光合效率，促進(jìn)植物健壯生長。Huang等試驗(yàn)表明，施用硅肥能顯著提高甘蔗葉片光合速率、蒸騰速率及氣孔導(dǎo)度，干物質(zhì)累積量增加26%～70%，產(chǎn)量提高30%～60%［8］。另有研究證實(shí)，硅肥能促進(jìn)玉米作用，促進(jìn)氣生根發(fā)生，養(yǎng)分吸收能力增強(qiáng)，增產(chǎn)效果顯著［9，10］。硅對作物抗病、抗鹽和抗倒伏［4］及促進(jìn)作物生長［2］等方面的研究在細(xì)胞水平和分子水平上都取得了有意義的結(jié)果，這些研究為人們深入探索硅的農(nóng)學(xué)效應(yīng)提供了重要借鑒。

西芹又名西洋芹菜，屬傘形科，富含蛋白質(zhì)、碳水化合物、礦物質(zhì)及多種維生素等營養(yǎng)物質(zhì)。近年來，西芹在我國北方得到大面積種植，成為秋冬季保護(hù)地栽培的重要品種。由于生產(chǎn)中普遍存在肥、水和農(nóng)藥等過施濫用現(xiàn)象，造成土壤酸化，地下水硝酸鹽負(fù)荷升高，病蟲害加重等問題，一定程度上影響了西芹的產(chǎn)量和品質(zhì)。前人有關(guān)硅在促進(jìn)作物生長發(fā)育方面的研究多采用硅肥基施的方法，施用量較大，利用率較低，而采用葉面施硅開展研究的報(bào)道較少;且有研究表明，在不同硅源中，作物對分子態(tài)的正硅酸乙酯和離子態(tài)的硅酸鈉吸收能力較強(qiáng)［11］，對小麥白粉病的防治效果顯著。

據(jù)此，本文在前人研究基礎(chǔ)上，采用有機(jī)硅和無機(jī)硅2種硅源制劑，從硅素的不同存在形態(tài)角度，通過葉面施硅這一措施研究硅對日光溫室西芹生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期為硅對作物生長的作用提供新的依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試西芹品種為“法國皇后”。供試肥料為:普通尿素(N46%)，普通過磷酸鈣(P2O512%)，硫酸鉀(K2O52%)。供試硅源為:無機(jī)硅(九水偏硅酸鈉，Na2SiO3•9H2O，分析純)，有機(jī)硅(正硅酸乙酯，TEOS，分析純)。

1.2方法

1.2.1硅制劑的制備

硅制劑的制備參照王世華等［12］的方法，略有修改，制備過程在室溫下進(jìn)行，即配即用。制備方法如下:無機(jī)硅(ISi):先稱取1.4210g硅酸鈉溶于950ml蒸餾水，加入20ml無水乙醇混勻后攪拌0.5h，然后將20ml無水乙醇與10ml吐溫80的混合液緩慢滴入，再充分?jǐn)嚢?h，pH值調(diào)至6.5。有機(jī)硅(OSi):先將20ml無水乙醇與949ml蒸餾水充分?jǐn)嚢?.5h，然后將1.16ml正硅酸乙酯(TEOS)，20ml無水乙醇以及10ml吐溫80的混合液緩慢滴入，然后充分?jǐn)嚢?h，pH值調(diào)至6.5。

1.2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2009－2010年在北京市大興區(qū)長子營鎮(zhèn)蔬菜生產(chǎn)基地日光溫室進(jìn)行。試驗(yàn)地耕層(0～20cm)土壤有機(jī)質(zhì)11.67g/kg，硝態(tài)氮35.22mg/kg，速效磷(P)26.03mg/kg，速效鉀(K)148.00mg/kg，有效硅181.24mg/kg，pH7.77。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)3個處理:噴清水(CK);噴無機(jī)硅(ISi);噴有機(jī)硅(OSi)。每處理3次重復(fù)，共9個小區(qū)，每小區(qū)面積為12m2(4m×3m)。西芹于2009年8月20日播種育苗，于10月26日選取長勢基本一致的幼苗定植，株行距為20cm×20cm。定植前各處理均一次性基施普通過磷酸鈣(P2O512%)937.5kg/hm2，硫酸鉀(K2O52%)375kg/hm2，牛糞4000kg/hm2;6葉期時追施尿素(N46%)234.38kg/hm2。分別于西芹幼苗期(2009年11月20日)、外葉生長期(12月16日)和心葉生長期(次年1月14日)各噴施1次，鑒于前人研究經(jīng)驗(yàn)［12，13］，本試驗(yàn)采用濃度為5mmol/L硅制劑進(jìn)行葉面噴施，噴施量為675kg/hm2。

1.2.3樣品采集

生育期間，于2009年12月16日和次年1月14日每次噴施硅制劑之前，隨機(jī)選取有代表性的西芹植株20株，測定株高、莖粗、葉綠素含量，并采集上部完全展開的西芹葉片，烘干、粉碎，測定葉片可溶性糖和養(yǎng)分含量。2010年2月3日，分區(qū)收獲測產(chǎn)，按上述方法測定株高、莖粗、葉綠素、葉片可溶性糖和養(yǎng)分含量，并測定葉柄VC及硝酸鹽含量。

1.2.4測定方法

以距地面最高值為株高;用游標(biāo)卡尺(Guanglu電子數(shù)顯卡尺0～150mm)測定最粗莖第一片葉處為莖粗;葉綠素用SPAD-502葉綠素計(jì)測定，為避免葉齡、葉片位置不同造成的影響，每次測定時，選朝向長勢基本一致、完全展開的倒二葉中上部位置進(jìn)行。葉片養(yǎng)分測定:硅含量測定采用硅鉬藍(lán)比色法［14］，樣品用H2SO4-H2O2消煮，半微量凱氏定氮法測定全氮，釩鉬黃比色法測定全磷，火焰光度計(jì)法測定全鉀;葉片可溶性糖測定采用蒽酮比色法［15］;VC測定采用2，6-二氯酚靛酚滴定法［15］;硝酸鹽測定采用比色法［15］。

1.3數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS13.0forWindows統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，差異顯著性比較采用Duncan法，繪圖使用Sigmaplot11.0軟件。

2結(jié)果與分析

2.1硅對西芹植株株高、莖粗、葉綠素及葉片可溶性糖含量的影響

硅能顯著促進(jìn)西芹生長發(fā)育(表1)。在外葉生長期、心葉生長期和成熟期，ISi處理的西芹株高較CK分別增加5.09%，10.28%和9.22%，OSi處理分別增加4.35%，7.35%和6.33%。ISi處理植株莖粗比CK分別增加20.05%、10.80%和14.50%，OSi處理分別增加17.67%、9.83%和10.93%。ISi處理葉片葉綠素含量較CK分別增加13.83%，19.51%和9.26%，OSi處理分別增加10.62%、22.17%和6.64%。外葉生長期，不同處理植株葉片可溶性糖含量無顯著差異。心葉生長期，施硅處理可提高葉片可溶性糖含量，ISi處理增加不顯著，OSi處理顯著增加，較CK分別提高9.35%和39.35%。成熟期，施硅處理葉片可溶性糖含量顯著提高，較CK分別提高13.12%和10.36%。外葉生長期-心葉生長期-成熟期，葉片可溶性糖含量呈逐漸降低趨勢。

2.2硅對西芹植株養(yǎng)分吸收的影響

硅對西芹葉片中N、P、K和Si含量有顯著影響，如表2所示。在外葉生長期(12月16日)和心葉生長期(次年1月14日)，施硅處理的葉片N、P含量均顯著高于不施硅處理，不同形態(tài)硅處理間均以O(shè)Si處理較高。ISi處理的植株葉片N含量較CK分別增加4.12%和3.47%，OSi處理分別增加7.69%和7.06%。ISi處理的植株葉片P含量較CK分別增加33.88%和30.42%，OSi處理分別增加74.16%和33.02%。成熟期(次年2月3日)，OSi處理的葉片N含量顯著低于CK，減少6.35%;而葉片P含量則較CK增加41.39%，差異達(dá)顯著水平。葉片K含量在外葉生長期和成熟期，施硅處理均顯著高于不施硅處理，ISi處理較CK分別增加23.72%和18.23%，OSi處理分別增加20.96%和77.65%。而在心葉生長期，不同處理間無顯著差異。施硅處理葉片Si含量隨著西芹的生長發(fā)育一直增加，且ISi處理一直高于OSi處理，而不施硅處理各生育期葉片Si含量差異不明顯。外葉生長期、心葉生長期和成熟期，ISi處理葉片Si含量較CK分別增加31.38%，100.04%和130.49%，OSi處理分別增加27.46%，57.17%和76.12%。

2.3硅對西芹單位面積產(chǎn)量的影響

從表3可以看出，硅可以顯著提高西芹單株重和產(chǎn)量。西芹不同處理間，單株重和產(chǎn)量均是ISi處理最高，分別達(dá)346.13g/株和86446.80kg/hm2。與CK相比，ISi和OSi處理的單株重分別增加17.64%和11.36%，產(chǎn)量增幅均在12%以上。ISi處理的單株重和產(chǎn)量又分別比OSi處理增加5.64%和4.36%，表明在提高植株單株重和產(chǎn)量方面，無機(jī)硅處理優(yōu)于有機(jī)硅處理。

2.4硅對西芹VC和硝酸鹽含量的影響

圖1顯示，硅可以顯著提高西芹葉柄中VC含量。與CK相比，ISi和OSi處理的VC含量分別增加24.82%和61.19%;而OSi處理較ISi處理的VC含量增加29.13%，差異顯著。表明葉面施硅有利于提高西芹營養(yǎng)品質(zhì)。葉面施硅有利于降低西芹葉柄中硝酸鹽含量(圖2)。與CK相比，ISi和OSi處理硝酸鹽含量分別降低3.60%和15.62%。OSi處理的硝酸鹽含量顯著低于ISi處理，較ISi處理減少12.47%。

3討論

硅能增進(jìn)作物營養(yǎng)器官的生長，改善植株機(jī)械性能［16］，提高植株葉片葉綠素［17～20］含量。已有研究證實(shí)，適量施硅后，糯玉米莖粗較對照明顯增加［21］，紫花苜蓿在營養(yǎng)生長階段株高顯著增加［22］。作為新陳代謝呼吸基質(zhì)，可溶性糖含量的高低一定程度上反映了植株?duì)I養(yǎng)狀態(tài)和抗逆性能，施硅則可提高植株葉片可溶性糖含量［21，23，24］。本研究結(jié)果表明，硅能顯著促進(jìn)西芹生長發(fā)育，增加西芹株高、莖粗、葉綠素和葉片可溶性糖含量，再一次證明了硅對作物生長發(fā)育的促進(jìn)作用。

硅對高等植物礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收有重要影響，研究表明，施硅能促進(jìn)小麥［25，26］、玉米［27］、水稻［28］對氮、磷、鉀的吸收，施硅后植株體內(nèi)氮、磷、鉀含量和積累量均有不同程度的提高。本試驗(yàn)結(jié)果表明，葉面施硅后，西芹葉片中硅含量顯著增加，同時促進(jìn)了西芹對磷的吸收，較對照增加30.42%～74.16%。前人研究結(jié)果表明，施硅可增強(qiáng)植物對磷的吸收，促進(jìn)磷從根部向頂部的運(yùn)輸，提高植株含磷量［29］。施硅對氮、鉀的影響較為復(fù)雜，葉片氮含量在外葉生長期和心葉生長期表現(xiàn)為增加，成熟期卻表現(xiàn)為降低，這可能是生育后期硅抑制了西芹對氮素的過量吸收。有研究表明，在冬瓜成熟期間氮素和礦質(zhì)元素的含量均與施硅量是正相關(guān)［30］，但也有研究顯示，施用硅肥可顯著降低甘蔗葉片氮含量［8］。施硅處理葉片鉀含量在外葉生長期和成熟期較對照顯著增加，這可能與西芹后期對鉀素需求較多有關(guān)，因?yàn)榇蠹s有30%鉀素吸收都是在收獲前期完成的［31］。前人研究認(rèn)為，與氮、磷等礦質(zhì)元素一樣，施硅后鉀在植物體內(nèi)的絕對量多數(shù)增加或略有增加［32］。

本試驗(yàn)結(jié)果還表明，2種不同硅源處理對西芹礦質(zhì)營養(yǎng)吸收的總體趨勢一致，只是影響程度略有差異，這可能與2種硅源本身的化學(xué)性質(zhì)不同有關(guān)。本研究所用的ISi處理中硅以離子狀態(tài)存在，而OSi處理中硅以分子狀態(tài)存在，導(dǎo)致西芹的吸收能力不同。同時，硅對不同營養(yǎng)元素的影響方式和程度不同，且隨著西芹的生長發(fā)育，對某種元素的作用也會發(fā)生變化，至于其機(jī)理，仍需作進(jìn)一步深入研究。

作為植物的有益營養(yǎng)元素，硅肥的使用對于提高作物的產(chǎn)量具有重要的意義。本研究結(jié)果表明，硅能顯著提高西芹單株重和產(chǎn)量，產(chǎn)量增加12.61%～17.52%。施硅促進(jìn)增產(chǎn)的原因，一方面可能是硅能促進(jìn)西芹養(yǎng)分的吸收與運(yùn)轉(zhuǎn)，改善營養(yǎng)狀況;另一方面施硅能增強(qiáng)作物對病、蟲害的抵抗力，可減少因病蟲危害造成的減產(chǎn)，還可使作物在表皮形成硅化細(xì)胞，莖葉挺直、較少遮蔭，光合效率提高。這與前人在甘蔗、玉米等作物上的增產(chǎn)研究結(jié)果一致［8～10］。施硅肥有利于作物品質(zhì)的改善。本研究表明，施硅顯著提高了西芹葉柄中VC含量，較對照增加24.82%～61.19%。王耀晶等［33］的研究證明，施硅處理的草莓果實(shí)中Vc的含量明顯高于對照，增加幅度在11.1%～12.7%。楊暹等［20］通過水培試驗(yàn)也表明，施硅能使感病品種的菜心菜薹VC含量顯著增加。本研究結(jié)果還表明，施硅后西芹葉柄中硝酸鹽含量明顯降低，OSi處理較對照降低15.62%，對改善西芹品質(zhì)有積極作用，這與王榮萍等［34］在苦瓜上的報(bào)道相似。

此外，施硅促進(jìn)了西芹對鉀的吸收，從而有助于降低西芹硝酸鹽含量，改善芹菜品質(zhì)，鄭廣勝等［35］的研究結(jié)果也證明了這一作用。硅能促進(jìn)西芹對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收與運(yùn)轉(zhuǎn)，改善作物體內(nèi)的營養(yǎng)狀況，同時硅能增強(qiáng)作物抗病性、促進(jìn)作物光合作用，使作物個體和群體的生長更加協(xié)調(diào)，從而調(diào)節(jié)無機(jī)營養(yǎng)和有機(jī)營養(yǎng)在作物體內(nèi)的合理生產(chǎn)與分配，這些可能是硅提高作物品質(zhì)的重要原因所在。但施硅是否會使西芹葉片表皮細(xì)胞硅質(zhì)化，進(jìn)而使西芹的口感變差尚不清楚，有必要作進(jìn)一步研究。

4結(jié)論

葉面施用無機(jī)硅肥和有機(jī)硅肥均能夠促進(jìn)西芹生長發(fā)育，調(diào)節(jié)不同生育時期西芹對氮、磷、鉀養(yǎng)分的合理吸收。施用硅肥后，能顯著提高西芹單株重和產(chǎn)量，同時可使Vc含量增加，硝酸鹽含量降低，改善西芹品質(zhì)。