本文作者：薛高峰1孙焱鑫1陈延华1张贵龙2廖上强1作者单位：1.北京市农林科学院植物营养与资源研究所2.农业部环境保护科研监测所

硅作为地壳和土壤中第二个最丰富的元素，虽然尚未被列入高等植物必需营养元素［1］，但已有试验证明对许多作物生长都是有益的［2～6］。硅能使作物表皮细胞硅质化，保持作物的茎、叶挺直，减少遮荫，且叶片的硅化细胞对于散射光的透过量为绿色细胞的10倍［7］，能显著增加光能吸收，提高光合效率，促进植物健壮生长。Huang等试验表明，施用硅肥能显著提高甘蔗叶片光合速率、蒸腾速率及气孔导度，干物质累积量增加26%～70%，产量提高30%～60%［8］。另有研究证实，硅肥能促进玉米作用，促进气生根发生，养分吸收能力增强，增产效果显著［9，10］。硅对作物抗病、抗盐和抗倒伏［4］及促进作物生长［2］等方面的研究在细胞水平和分子水平上都取得了有意义的结果，这些研究为人们深入探索硅的农学效应提供了重要借鉴。

西芹又名西洋芹菜，属伞形科，富含蛋白质、碳水化合物、矿物质及多种维生素等营养物质。近年来，西芹在我国北方得到大面积种植，成为秋冬季保护地栽培的重要品种。由于生产中普遍存在肥、水和农药等过施滥用现象，造成土壤酸化，地下水硝酸盐负荷升高，病虫害加重等问题，一定程度上影响了西芹的产量和品质。前人有关硅在促进作物生长发育方面的研究多采用硅肥基施的方法，施用量较大，利用率较低，而采用叶面施硅开展研究的报道较少;且有研究表明，在不同硅源中，作物对分子态的正硅酸乙酯和离子态的硅酸钠吸收能力较强［11］，对小麦白粉病的防治效果显著。

据此，本文在前人研究基础上，采用有机硅和无机硅2种硅源制剂，从硅素的不同存在形态角度，通过叶面施硅这一措施研究硅对日光温室西芹生长发育、产量及品质的影响，以期为硅对作物生长的作用提供新的依据。

1材料与方法

1.1试验材料

供试西芹品种为“法国皇后”。供试肥料为:普通尿素(N46%)，普通过磷酸钙(P2O512%)，硫酸钾(K2O52%)。供试硅源为:无机硅(九水偏硅酸钠，Na2SiO3•9H2O，分析纯)，有机硅(正硅酸乙酯，TEOS，分析纯)。

1.2方法

1.2.1硅制剂的制备

硅制剂的制备参照王世华等［12］的方法，略有修改，制备过程在室温下进行，即配即用。制备方法如下:无机硅(ISi):先称取1.4210g硅酸钠溶于950ml蒸馏水，加入20ml无水乙醇混匀后搅拌0.5h，然后将20ml无水乙醇与10ml吐温80的混合液缓慢滴入，再充分搅拌2h，pH值调至6.5。有机硅(OSi):先将20ml无水乙醇与949ml蒸馏水充分搅拌0.5h，然后将1.16ml正硅酸乙酯(TEOS)，20ml无水乙醇以及10ml吐温80的混合液缓慢滴入，然后充分搅拌2h，pH值调至6.5。

1.2.2试验设计

试验于2009－2010年在北京市大兴区长子营镇蔬菜生产基地日光温室进行。试验地耕层(0～20cm)土壤有机质11.67g/kg，硝态氮35.22mg/kg，速效磷(P)26.03mg/kg，速效钾(K)148.00mg/kg，有效硅181.24mg/kg，pH7.77。试验采用完全随机区组设计，设3个处理:喷清水(CK);喷无机硅(ISi);喷有机硅(OSi)。每处理3次重复，共9个小区，每小区面积为12m2(4m×3m)。西芹于2009年8月20日播种育苗，于10月26日选取长势基本一致的幼苗定植，株行距为20cm×20cm。定植前各处理均一次性基施普通过磷酸钙(P2O512%)937.5kg/hm2，硫酸钾(K2O52%)375kg/hm2，牛粪4000kg/hm2;6叶期时追施尿素(N46%)234.38kg/hm2。分别于西芹幼苗期(2009年11月20日)、外叶生长期(12月16日)和心叶生长期(次年1月14日)各喷施1次，鉴于前人研究经验［12，13］，本试验采用浓度为5mmol/L硅制剂进行叶面喷施，喷施量为675kg/hm2。

1.2.3样品采集

生育期间，于2009年12月16日和次年1月14日每次喷施硅制剂之前，随机选取有代表性的西芹植株20株，测定株高、茎粗、叶绿素含量，并采集上部完全展开的西芹叶片，烘干、粉碎，测定叶片可溶性糖和养分含量。2010年2月3日，分区收获测产，按上述方法测定株高、茎粗、叶绿素、叶片可溶性糖和养分含量，并测定叶柄VC及硝酸盐含量。

1.2.4测定方法

以距地面最高值为株高;用游标卡尺(Guanglu电子数显卡尺0～150mm)测定最粗茎第一片叶处为茎粗;叶绿素用SPAD-502叶绿素计测定，为避免叶龄、叶片位置不同造成的影响，每次测定时，选朝向长势基本一致、完全展开的倒二叶中上部位置进行。叶片养分测定:硅含量测定采用硅钼蓝比色法［14］，样品用H2SO4-H2O2消煮，半微量凯氏定氮法测定全氮，钒钼黄比色法测定全磷，火焰光度计法测定全钾;叶片可溶性糖测定采用蒽酮比色法［15］;VC测定采用2，6-二氯酚靛酚滴定法［15］;硝酸盐测定采用比色法［15］。

1.3数据分析

试验数据用SPSS13.0forWindows统计软件进行方差分析，差异显著性比较采用Duncan法，绘图使用Sigmaplot11.0软件。

2结果与分析

2.1硅对西芹植株株高、茎粗、叶绿素及叶片可溶性糖含量的影响

硅能显著促进西芹生长发育(表1)。在外叶生长期、心叶生长期和成熟期，ISi处理的西芹株高较CK分别增加5.09%，10.28%和9.22%，OSi处理分别增加4.35%，7.35%和6.33%。ISi处理植株茎粗比CK分别增加20.05%、10.80%和14.50%，OSi处理分别增加17.67%、9.83%和10.93%。ISi处理叶片叶绿素含量较CK分别增加13.83%，19.51%和9.26%，OSi处理分别增加10.62%、22.17%和6.64%。外叶生长期，不同处理植株叶片可溶性糖含量无显著差异。心叶生长期，施硅处理可提高叶片可溶性糖含量，ISi处理增加不显著，OSi处理显著增加，较CK分别提高9.35%和39.35%。成熟期，施硅处理叶片可溶性糖含量显著提高，较CK分别提高13.12%和10.36%。外叶生长期-心叶生长期-成熟期，叶片可溶性糖含量呈逐渐降低趋势。

2.2硅对西芹植株养分吸收的影响

硅对西芹叶片中N、P、K和Si含量有显著影响，如表2所示。在外叶生长期(12月16日)和心叶生长期(次年1月14日)，施硅处理的叶片N、P含量均显著高于不施硅处理，不同形态硅处理间均以OSi处理较高。ISi处理的植株叶片N含量较CK分别增加4.12%和3.47%，OSi处理分别增加7.69%和7.06%。ISi处理的植株叶片P含量较CK分别增加33.88%和30.42%，OSi处理分别增加74.16%和33.02%。成熟期(次年2月3日)，OSi处理的叶片N含量显著低于CK，减少6.35%;而叶片P含量则较CK增加41.39%，差异达显著水平。叶片K含量在外叶生长期和成熟期，施硅处理均显著高于不施硅处理，ISi处理较CK分别增加23.72%和18.23%，OSi处理分别增加20.96%和77.65%。而在心叶生长期，不同处理间无显著差异。施硅处理叶片Si含量随着西芹的生长发育一直增加，且ISi处理一直高于OSi处理，而不施硅处理各生育期叶片Si含量差异不明显。外叶生长期、心叶生长期和成熟期，ISi处理叶片Si含量较CK分别增加31.38%，100.04%和130.49%，OSi处理分别增加27.46%，57.17%和76.12%。

2.3硅对西芹单位面积产量的影响

从表3可以看出，硅可以显著提高西芹单株重和产量。西芹不同处理间，单株重和产量均是ISi处理最高，分别达346.13g/株和86446.80kg/hm2。与CK相比，ISi和OSi处理的单株重分别增加17.64%和11.36%，产量增幅均在12%以上。ISi处理的单株重和产量又分别比OSi处理增加5.64%和4.36%，表明在提高植株单株重和产量方面，无机硅处理优于有机硅处理。

2.4硅对西芹VC和硝酸盐含量的影响

图1显示，硅可以显著提高西芹叶柄中VC含量。与CK相比，ISi和OSi处理的VC含量分别增加24.82%和61.19%;而OSi处理较ISi处理的VC含量增加29.13%，差异显著。表明叶面施硅有利于提高西芹营养品质。叶面施硅有利于降低西芹叶柄中硝酸盐含量(图2)。与CK相比，ISi和OSi处理硝酸盐含量分别降低3.60%和15.62%。OSi处理的硝酸盐含量显著低于ISi处理，较ISi处理减少12.47%。

3讨论

硅能增进作物营养器官的生长，改善植株机械性能［16］，提高植株叶片叶绿素［17～20］含量。已有研究证实，适量施硅后，糯玉米茎粗较对照明显增加［21］，紫花苜蓿在营养生长阶段株高显著增加［22］。作为新陈代谢呼吸基质，可溶性糖含量的高低一定程度上反映了植株营养状态和抗逆性能，施硅则可提高植株叶片可溶性糖含量［21，23，24］。本研究结果表明，硅能显著促进西芹生长发育，增加西芹株高、茎粗、叶绿素和叶片可溶性糖含量，再一次证明了硅对作物生长发育的促进作用。

硅对高等植物矿质营养的吸收有重要影响，研究表明，施硅能促进小麦［25，26］、玉米［27］、水稻［28］对氮、磷、钾的吸收，施硅后植株体内氮、磷、钾含量和积累量均有不同程度的提高。本试验结果表明，叶面施硅后，西芹叶片中硅含量显著增加，同时促进了西芹对磷的吸收，较对照增加30.42%～74.16%。前人研究结果表明，施硅可增强植物对磷的吸收，促进磷从根部向顶部的运输，提高植株含磷量［29］。施硅对氮、钾的影响较为复杂，叶片氮含量在外叶生长期和心叶生长期表现为增加，成熟期却表现为降低，这可能是生育后期硅抑制了西芹对氮素的过量吸收。有研究表明，在冬瓜成熟期间氮素和矿质元素的含量均与施硅量是正相关［30］，但也有研究显示，施用硅肥可显著降低甘蔗叶片氮含量［8］。施硅处理叶片钾含量在外叶生长期和成熟期较对照显著增加，这可能与西芹后期对钾素需求较多有关，因为大约有30%钾素吸收都是在收获前期完成的［31］。前人研究认为，与氮、磷等矿质元素一样，施硅后钾在植物体内的绝对量多数增加或略有增加［32］。

本试验结果还表明，2种不同硅源处理对西芹矿质营养吸收的总体趋势一致，只是影响程度略有差异，这可能与2种硅源本身的化学性质不同有关。本研究所用的ISi处理中硅以离子状态存在，而OSi处理中硅以分子状态存在，导致西芹的吸收能力不同。同时，硅对不同营养元素的影响方式和程度不同，且随着西芹的生长发育，对某种元素的作用也会发生变化，至于其机理，仍需作进一步深入研究。

作为植物的有益营养元素，硅肥的使用对于提高作物的产量具有重要的意义。本研究结果表明，硅能显著提高西芹单株重和产量，产量增加12.61%～17.52%。施硅促进增产的原因，一方面可能是硅能促进西芹养分的吸收与运转，改善营养状况;另一方面施硅能增强作物对病、虫害的抵抗力，可减少因病虫危害造成的减产，还可使作物在表皮形成硅化细胞，茎叶挺直、较少遮荫，光合效率提高。这与前人在甘蔗、玉米等作物上的增产研究结果一致［8～10］。施硅肥有利于作物品质的改善。本研究表明，施硅显著提高了西芹叶柄中VC含量，较对照增加24.82%～61.19%。王耀晶等［33］的研究证明，施硅处理的草莓果实中Vc的含量明显高于对照，增加幅度在11.1%～12.7%。杨暹等［20］通过水培试验也表明，施硅能使感病品种的菜心菜薹VC含量显著增加。本研究结果还表明，施硅后西芹叶柄中硝酸盐含量明显降低，OSi处理较对照降低15.62%，对改善西芹品质有积极作用，这与王荣萍等［34］在苦瓜上的报道相似。

此外，施硅促进了西芹对钾的吸收，从而有助于降低西芹硝酸盐含量，改善芹菜品质，郑广胜等［35］的研究结果也证明了这一作用。硅能促进西芹对矿质养分的吸收与运转，改善作物体内的营养状况，同时硅能增强作物抗病性、促进作物光合作用，使作物个体和群体的生长更加协调，从而调节无机营养和有机营养在作物体内的合理生产与分配，这些可能是硅提高作物品质的重要原因所在。但施硅是否会使西芹叶片表皮细胞硅质化，进而使西芹的口感变差尚不清楚，有必要作进一步研究。

4结论

叶面施用无机硅肥和有机硅肥均能够促进西芹生长发育，调节不同生育时期西芹对氮、磷、钾养分的合理吸收。施用硅肥后，能显著提高西芹单株重和产量，同时可使Vc含量增加，硝酸盐含量降低，改善西芹品质。