除正硅酸外的硅形态、施用时期与剂量对甜菜产量是否有益影响？

《Plants》：Do Forms of Silicon Other than Orthosilicic Acid, Application Date and Dose Have a Beneficial Effect on Sugar Beet Yield? Arkadiusz Artyszak, Dariusz Gozdowski and Magda Litwińczuk-Bis

　　

在2017年至2019年期间，研究人员在波兰萨赫林（50°40′42″ N, 23°47′35″ E）进行了田间试验，研究了叶面喷施不同形式的硅（硅酸钙—CS、偏硅酸钠—SM和微粉化硅—MS）、施用时期（在甜菜6叶期、7天后和14天后）以及单倍和双倍剂量对甜菜生理参数、产量和块根技术品质的影响。硅形态在所有测量日期均显著改变了所有评估的生理参数（归一化差分植被指数NDVI、叶面积指数LAI和光合有效辐射PAR吸收）。施用日期在后期测量中对评估参数有显著影响，而产品剂量基本无影响。硅形态显著影响块根产量和技术品质（α-氨基氮含量、生物糖产量和纯糖产量除外）。叶面喷施CS和SM获得了最高的块根产量、生物糖产量和纯糖产量，以及最高的含糖量和CS处理中最低的钠（Na）含量。叶面喷施时期显著影响块根产量、生物糖产量和α-氨基氮含量。在6叶期后14天施用获得了最高的块根产量（88.53 吨/公顷-1）和生物糖产量（15.47 吨/公顷-1）。同时，由于α-氨基氮含量显著增加，块根的技术品质下降。施用双倍剂量的产品显著增加了块根的含糖量并降低了钠（Na）含量。

论文解读：硅形态、施用时期与剂量对甜菜生长、产量及品质的影响

一、 研究背景、问题与目的

在欧洲，由于气候限制无法种植甘蔗，甜菜是该地区制糖的唯一原料。气候变化导致植物更频繁地暴露于不利条件，从而降低产量和品质。研究表明，温度每升高1°C，主要作物产量下降4.4%。硅（Si）已成为在困难条件下改善植物健康的关键元素，其应用被认为是实现作物生产可持续发展所必需的。传统观点认为，植物吸收硅的唯一有效形态是正硅酸（H₄SiO₄），但其生产成本高昂。因此，寻求含有其他形式硅的、更便宜的产品具有重要的实践意义。然而，目前关于何种硅形态、何时施用以及何种剂量能最有效地减少甜菜非生物和生物胁迫影响的研究尚不明确。针对此，本研究旨在评估单次叶面喷施不同硅形态（正硅酸除外）、在不同时期和剂量下，对甜菜植株生理参数、产量及块根技术品质的影响。该研究假设，不同成分和剂量的硅产品叶面喷施，会对所选甜菜植株生理参数、产量及块根技术品质产生显著影响。本研究发表于学术期刊《Plants》。

二、 关键技术方法概述

本研究在波兰萨赫林（50°40′42″ N, 23°47′35″ E）的一块钙质黑钙土上，于2017年至2019年进行了为期三年的甜菜田间试验。试验采用随机区组设计，考察三个因素：硅形态（A，包括硅酸钙CS、偏硅酸钠SM、微粉化硅MS及不施硅的对照）、施用时期（B，包括甜菜6叶期、7天后和14天后）和施用剂量（C，包括厂家推荐单倍剂量和双倍剂量）。每个处理设4次重复。在施用当天及末次施用后7天，使用专业设备测量植株的归一化差分植被指数（NDVI）、叶面积指数（LAI）和光合有效辐射（PAR）吸收率。收获时测定块根产量，并使用自动化技术线分析块根的含糖量、α-氨基氮、钾（K）和钠（Na）含量，进而计算生物糖产量、纯糖产量等技术品质指标。数据采用多因素方差分析（ANOVA）、Tukey's HSD检验、相关性分析及主成分分析（PCA）进行统计处理。

三、 研究结果

2.1. 植株生理参数

研究年份、硅形态及其交互作用显著影响所有测量日期的NDVI、LAI和PAR吸收。整体上，硅酸钙（CS）对NDVI和LAI产生了最有益的影响。施用时期在后期测量（第三、四次）中对这些参数有显著影响，而产品剂量对生理参数基本无显著影响。研究还发现，在整个研究期内，块根产量与第二次和第四次测量的NDVI、第一次和第三次测量的LAI，以及前三次测量的PAR吸收率呈正相关。

2.2. 甜菜块根产量与技术品质

所有硅形态处理均显著提高了块根产量，其中CS和SM处理的产量最高。在6叶期后14天（B3）施用，获得了最高的块根产量（88.53 吨/公顷^-1）和生物糖产量（15.47 吨/公顷^-1）。硅形态显著影响了块根的技术品质：CS处理获得了最高的含糖量；所有硅形态均增加了钾（K）含量；CS处理降低了钠（Na）含量，而SM和MS处理则增加了Na含量；CS处理增加了α-氨基氮含量。施用时期方面，B3时期施用增加了含糖量，但也导致了更高的α-氨基氮、K和Na含量。产品剂量方面，施用双倍剂量（C2）显著增加了含糖量并降低了Na含量，但对产量无显著影响。主成分分析（PCA）结果清楚地区分了不同处理系列：对照处理各项指标适中；CS处理倾向于更高的产量；SM处理表现出中等的品质和产量值；而MS处理在产量和品质性状上均表现出最大的变异性。

四、 讨论与结论

讨论要点：研究人员围绕生理参数、块根产量、技术品质以及糖产量展开了深入讨论。关于生理参数，天气条件和硅形态是主要影响因素，其中CS整体表现最佳。在产量方面，硅的叶面喷施有助于缓解干旱胁迫，可能是通过提高土壤磷利用率等机制实现，CS和SM在提高产量方面效果显著，且较晚的施用时期（B3）更有利。在技术品质上，CS在提高含糖量方面效果最好，但不同硅形态对糖蜜形成组分（α-氨基氮、K、Na）的影响各异，其机制尚未完全明确。关于糖产量，所有硅形态均能提高生物糖产量和纯糖产量，以CS处理增幅最大，且B3时期施用效果最佳。

研究结论：尽管正硅酸被认为是植物吸收硅的唯一形式，但本研究表明，叶面喷施除稳定化正硅酸以外的其他硅形态（硅酸钙、偏硅酸钠和微粉化硅）是有效的。这些形式比稳定化正硅酸便宜得多，可以降低生产成本。使用硅酸钙（CS）获得了最有效的结果。为了达到最佳效果，施用应在植株叶片充分发育后进行，至少在达到六叶期后七天。不建议增加产品剂量，因为它不会显著提高甜菜产量。建议在具有不同土壤和气候条件的多个地点进行进一步研究。