硅元素對(duì)茶樹生長的影響

梅建平 吳東濤 周楊 葉正錢

摘要 硅作為一種有益微量元素，在茶葉生長發(fā)育過程中發(fā)揮著重要的作用。本文對(duì)茶葉中硅的作用與含量、硅吸收形態(tài)以及茶園土壤中硅的含量、存在形式及其影響等多個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)，為硅元素在茶樹生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞 硅；有效硅；土壤；茶樹

中圖分類號(hào) S571.1；Q945.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 1007-7731（2024）03-0028-04

硅是植物的有益元素之一，是植物細(xì)胞壁的重要組成成分之一，參與植物碳水化合物的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)，對(duì)植物光合作用和蒸騰作用具有重要影響。同時(shí)，硅與人體健康密切相關(guān)，其是人體中含量較多的必需微量元素之一，具有一定的維護(hù)心血管正常功能和抗衰老效果等。茶葉中含有人體必需的大部分礦質(zhì)元素，如鈣、磷、鉀、鎂、鈉、錳、鐵、硅、銅、鋅和硒等。其中硅是一種具有生物活性的有益微量元素，它在人體中參與骨骼的鈣化過程，有利于結(jié)締組織細(xì)胞形成細(xì)胞外的軟骨基質(zhì)，維護(hù)心血管功能，具有一定的抗衰老功效等。此外，硅還可以影響其他礦質(zhì)元素的吸收、保留和利用（如鋁、銅、鎂）。本文對(duì)現(xiàn)階段茶葉中硅的作用與含量、硅吸收形態(tài)，茶園土壤中硅的含量、存在形式及其影響等進(jìn)行總結(jié)，為硅元素在茶樹生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。

1 土壤中硅含量及其影響因素

土壤中硅主要以礦物態(tài)、水溶態(tài)和膠體態(tài)3種形態(tài)存在于土壤溶液中或被吸附在土壤膠體表面，其含量因土壤類型不同而存在差異。其中，礦物態(tài)硅一般不易分化和溶解，無法被植物吸收利用；水溶態(tài)硅是溶于土壤溶液中的硅，較容易被植物吸收利用，活性硅一般較易溶解，是土壤中水溶態(tài)硅的重要組成部分。蔡阿瑜等對(duì)福建省主要土類進(jìn)行布點(diǎn)采樣，從179個(gè)樣品中的土壤有效硅含量來看，該地區(qū)土壤有效硅含量平均值為80.5±17.2 mg/kg，其中80%的供測(cè)土樣和83.7%的稻田土壤中，有效硅含量均在臨界值以下，表明該地區(qū)土壤存在一定的缺硅現(xiàn)象。張冬明等采集了海南省18個(gè)市（縣）中169個(gè)農(nóng)田土壤表層樣品，檢測(cè)和分析了土壤全硅和有效硅含量，結(jié)果表明，該地區(qū)農(nóng)田土壤有效硅含量為3.85～340.34 mg/kg，均值為63.9 mg/kg，部分處于中度缺硅狀態(tài)。以往的研究往往針對(duì)稻田或農(nóng)田中的土壤全硅和有效硅含量進(jìn)行分析，而對(duì)脫硅富鋁化過程強(qiáng)烈的亞熱帶茶園中硅的關(guān)鍵性作用研究較少。唐根年等對(duì)浙江省及其相鄰地區(qū)茶主產(chǎn)地的土壤環(huán)境進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)茶地區(qū)的土壤大都含硅量較高，同時(shí)主要分布在以石英砂巖、花崗巖、流紋巖和凝灰?guī)r發(fā)育的土壤中。劉超良等測(cè)定了信陽4個(gè)茶區(qū)土壤中微量元素的含量，其中SiO含量在579.9～674.0 g/kg。龔子同等認(rèn)為優(yōu)質(zhì)茶土壤中SiO含量均在500～600 g/kg，有研究表明，大部分產(chǎn)名茶的土壤中含硅量均較高，一般在650～700 g/kg。馮娜娜從不同取樣尺度下研究蒙頂山茶園土壤的主要肥力因子，在小尺度下土壤有效硅含量為42.33 mg/kg，屬于嚴(yán)重缺硅土壤；微尺度下土壤有效硅含量為59.79 mg/kg，高于茶園土壤平均值，屬于缺硅土壤。因而，土壤中的硅元素對(duì)于茶樹生長和茶葉品質(zhì)的影響具有積極作用。

影響茶園土壤中硅含量的因素有許多，主要取決于母巖的類型。研究表明，土壤中交換性硅含量受土壤pH和交換性鋁含量的影響，隨著土壤pH的升高，土壤交換性硅含量顯著增加，相反，隨著土壤交換性鋁含量的增加，交換性硅含量顯著下降。土壤pH升高可能通過限制土壤中可交換鋁的含量而間接增加有效硅的含量，硅與可交換鋁有較高的親和力，并容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，硅鋁鹽在酸性環(huán)境中的沉淀減少了可交換硅的含量，因此在酸化的土壤中，施用生石灰可顯著增加有效硅的含量。此外，磷可以與鐵、鋁之類的金屬反應(yīng)，減少有效硅與鐵、鋁等的作用而使硅含量增加，且磷酸鹽會(huì)將硅酸鹽從固相中轉(zhuǎn)移到土壤溶液中，使其更容易被植物吸收利用。磷酸鹽在酸性和中性土壤中的吸附高于硅酸鹽，這間接增加了土壤溶液中硅的含量。Szulc等通過不同的施肥組合研究肥料對(duì)土壤有效硅含量的影響，結(jié)果表明，在NK組合中土壤有效硅的含量最低，在CaNPK+有機(jī)肥的組合中土壤有效硅含量最高；在所分析的肥料組合中，施生石灰對(duì)提高土壤有效硅含量的作用最好，而施氮肥降低了土壤有效硅含量，其原因是以較高的[NH]、[NO]比例施用氮會(huì)導(dǎo)致土壤pH降低，從而減少土壤有效硅的含量。Ma等發(fā)現(xiàn)硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在硅的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)揮重要作用，硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的分布、數(shù)量和功能都會(huì)影響植物中硅的積累。土壤溫度的升高，可以增加土壤有機(jī)質(zhì)中硅的有效性、增加土壤中硅的有效性，進(jìn)而影響硅的循環(huán)。高安妮等發(fā)現(xiàn)在夜間增溫情況下適量施用硅肥有利于田間作物氣孔開放，促進(jìn)CO向葉綠體輸送，提高葉片凈光合速率，并促進(jìn)細(xì)胞壁增厚，形成“角質(zhì)－硅”雙層結(jié)構(gòu)，降低蒸騰速率，提高水分利用率，改善田間作物的生理特性，從而緩解夜間增溫帶來的不利影響。

2 茶樹吸收硅元素的方式

土壤中硅以未分解的二氧化硅酸的形式被植物吸收，并通過木質(zhì)部以相同的形式進(jìn)行轉(zhuǎn)移。近年來，相關(guān)研究在植物根管外和內(nèi)皮層中發(fā)現(xiàn)了若干硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。大部分硅以幾乎不溶解于植物體的形式存在于植物中，單子葉植物對(duì)土壤中硅的吸收能力較強(qiáng)，尤其是草本植物和水稻。在植物組織中，硅通常與氫鍵結(jié)合形成硅-有機(jī)復(fù)合物，還參與細(xì)胞壁中多糖、木質(zhì)素和蛋白質(zhì)等成分的合成，其能夠增強(qiáng)植物組織韌性，減少水分蒸發(fā)和真菌感染。硅對(duì)糧食作物（水稻、小麥和玉米等）和水果（草莓、蘋果和葡萄）的產(chǎn)量、構(gòu)成因素和品質(zhì)具有顯著提升作用。黃航探究在常規(guī)施肥情況下施用礦物硅對(duì)旱稻906產(chǎn)量及干物質(zhì)積累量的影響，結(jié)果表明，當(dāng)尿素、過磷酸鈣、氯化鉀和礦物硅肥施用量分別為160、75、75和45 kg/hm時(shí)有利用提高水稻產(chǎn)量和干物質(zhì)積累量。蔣亞等以宜優(yōu)1611水稻品種作為供試材料，采取田間試驗(yàn)方法在常規(guī)配方肥的基礎(chǔ)上施用硅肥，結(jié)果表明，在配方施肥基礎(chǔ)上增施硅肥能夠有效提高土壤全氮和陽離子交換量，促進(jìn)水稻產(chǎn)量提高，當(dāng)硅肥用量為480 kg/hm時(shí)作用效果最好。

作為采摘新鮮葉片的經(jīng)濟(jì)作物，茶樹對(duì)土壤硅的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)與一般作物有所不同。茶樹是以溶解態(tài)單硅酸[Si（OH）]的形式從土壤中吸收溶解態(tài)硅，并通過木質(zhì)部導(dǎo)管隨著蒸騰作用輸送到茶樹各個(gè)器官中形成生物硅，當(dāng)茶樹凋落物回到土壤中，硅經(jīng)過微生物的分解返還給土壤。積累在茶葉表皮細(xì)胞中的二氧化硅是不可移動(dòng)的，因此無法轉(zhuǎn)移到新發(fā)育的葉片中，植物吸收的90%的二氧化硅轉(zhuǎn)化為植物纖維素結(jié)構(gòu)中的無定形二氧化硅。茶樹對(duì)硅的吸收不僅可以通過根系從土壤中進(jìn)行獲取，葉片也是其重要器官。楊淑清等采取室內(nèi)盆栽和田間試驗(yàn)相結(jié)合的方式，通過在茶樹生長過程中葉面噴施7種濃度的硅酸鈉溶液后發(fā)現(xiàn)，500 mg/L的硅肥能夠明顯促進(jìn)茶苗生長，且硅主要積累在茶苗根部和成熟葉片中，此外在夏茶采摘前進(jìn)行噴施有利于提高夏茶的品質(zhì)和產(chǎn)量。

3 茶葉中硅的含量

茶葉中硅元素測(cè)定技術(shù)包括火焰原子吸收光譜法（FAAS）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）和電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）。對(duì)于總含量的測(cè)定，通常使用干灰化法、常規(guī)濕式酸消化法和其他方法（如紫外線、光解輔助消解和漿液取樣）制備樣品。常用的硅元素檢測(cè)方法是電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES），不同地區(qū)茶葉中的硅含量存在一定差異。Robberecht等對(duì)市售的各種食品中的元素含量進(jìn)行測(cè)定發(fā)現(xiàn)，茶葉中的硅含量為134.00～152.00 mg/kg，人體平均硅攝入量為18.60～27.10 mg/d，飲用茶葉雖然會(huì)攝入一部分硅，但人體硅攝入的主要食物來源是高纖維含量的未精制谷物、谷物制品和根莖類蔬菜。Giammarioli等對(duì)礦泉水中硅含量與食品中的硅含量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，茶葉中平均硅含量為163.00 mg/kg。呂海鵬等采用ICP-OES測(cè)定普洱茶和曬青毛茶中硅的含量，結(jié)果表明，普洱茶和曬青毛茶中硅的含量分別為173.78、148.36 mg/kg。Ye等通過ICP-OES法檢測(cè)了福建省福鼎市、政和縣和建陽市白茶中硅平均含量，分別為91.82、127.80和91.72 mg/kg。云南金花茶含有豐富的微量元素，不同部位含量有一定的差別，硅在嫩葉中含量最高（3.30 g/kg），其次是花（1.91 g/kg）和老葉（1.07 g/kg）。Liu等測(cè)定了5個(gè)不同年份普洱茶中礦質(zhì)元素的含量，其中硅在2014—2018年的平均含量分別為1.15、1.13、1.19、1.09和1.17 g/kg。茶葉中的硅含量與土壤中硅含量、種植方式和加工等因素有關(guān)，主要受土壤中硅含量的影響。

4 硅對(duì)茶樹生長及茶葉品質(zhì)的影響

硅可以減輕農(nóng)業(yè)中重金屬污染的危害，被認(rèn)為是植物抵抗生物和非生物脅迫的關(guān)鍵元素。孫山等對(duì)平邑甜茶進(jìn)行硅處理發(fā)現(xiàn)，硅具有緩解干旱脅迫對(duì)光系統(tǒng)I（PSI）的傷害程度，促進(jìn)PSI環(huán)式電子傳遞，提高其抗旱性。根據(jù)Dong等的研究，施用硅肥可以通過降低植物對(duì)鎘的吸收、提高土壤pH和鎘固定來緩解植物的鎘毒性。硅還可以降低田間作物中可食用部分的鎘和砷含量，提高可食用部分的硅含量。茶園土壤中施用硅肥和葉面施用有機(jī)硅肥均有利于提高茶葉中氨基酸和可溶性糖的含量，降低茶多酚和咖啡堿的含量。

硅可以促進(jìn)茶樹光合作用，為茶樹體內(nèi)茶氨酸、可溶性糖等有機(jī)物的合成提供充足的碳源和能量。林珊等通過在早春對(duì)福鼎大毫茶噴施葉面硅肥，發(fā)現(xiàn)硅肥施用后春茶發(fā)芽密度增加8.58%～15.24%，百芽重增加10.02%～18.86%，鮮葉產(chǎn)量增加12.59%～18.46%，同時(shí)茶葉品質(zhì)內(nèi)含物質(zhì)含量顯著增加。黃湘源等通過試驗(yàn)證明硅可以提高土壤有效氮、鉀的供給能力，氮可以為茶葉中茶氨酸的合成提供氮源，鉀參與茶氨酸從根到地上部分的運(yùn)輸，促進(jìn)光合作用，磷可以為茶氨酸的合成提供ATP。施用硅肥可以提高茶葉中的氨基酸含量，有利于茶葉品質(zhì)的形成。硅對(duì)植株吸收磷有抑制作用，磷能促進(jìn)光合作用，提高糖的含量，而多酚類物質(zhì)是由糖轉(zhuǎn)化而來的，因此缺磷會(huì)影響糖向多酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)化，這可能是施硅降低茶多酚含量的原因。

5 結(jié)語

目前，有關(guān)茶樹吸收硅元素的含量、作用方式等方面的研究取得了初步成果，但是硅肥在提升茶葉品質(zhì)及茶葉品質(zhì)調(diào)控的作用機(jī)理方面還不夠明確。因此，硅營養(yǎng)如何提升茶葉品質(zhì)和硅在茶樹抗逆方面的調(diào)控機(jī)理還須進(jìn)一步研究。同時(shí)，基于不同土壤類型及土壤有效硅含量開展茶葉產(chǎn)區(qū)土壤有效硅的調(diào)查研究也有待開展。

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（責(zé)編：李 媛）

基金項(xiàng)目 浙江省“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“非糧化耕地障礙因子消減及快速復(fù)耕技術(shù)-非糧化耕地復(fù)耕培肥提質(zhì)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及推廣示范”（2022C02022）。

作者簡介 梅建平（1980—），女，浙江縉云人，農(nóng)藝師，從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。

通信作者 葉正錢（1965—），男，浙江杭州人，博士，教授，從事耕地質(zhì)量提升與植物營養(yǎng)調(diào)控研究。

收稿日期 2023-12-09