李煒薔， 張 逸， 石 健， 侯麗麗， 王 磊， 徐 坤

(作物生物學國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)部黃淮地區(qū)園藝作物生物學與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，山東農(nóng)業(yè)大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018)

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硅對大蔥礦質(zhì)元素吸收、分配特性及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

李煒薔， 張 逸， 石 健， 侯麗麗， 王 磊， 徐 坤*

(作物生物學國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)部黃淮地區(qū)園藝作物生物學與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，山東農(nóng)業(yè)大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018)

【目的】大蔥因含有機硫化合物等功效成分而具有重要的保健和藥用價值，為此，前人曾就氮、磷、鉀、硫等礦質(zhì)元素與大蔥產(chǎn)量、品質(zhì)及風味物質(zhì)的關(guān)系進行了一些研究。硅作為一種公認的有益元素，在提高作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)等方面具有重要作用，本試驗研究了硅對大蔥礦質(zhì)元素吸收、分配特性和產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期為大蔥高效施肥提供科學依據(jù)?！痉椒ā勘狙芯恳浴旃狻汀虑稹瘍蓚€不同類型大蔥品種為試材，供試硅源均為Na2SiO3·9H2O，通過盆栽Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)和大田土壤栽培相結(jié)合的方法，分別研究了營養(yǎng)液不同硅水平(SiO20、0.6、1.2、1.8mmol/L)和土壤不同施硅量(SiO20、150、300、450kg/hm2)對大蔥生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及硅、氮、磷、鉀含量、吸收量的影響?！窘Y(jié)果】營養(yǎng)液硅水平在1.8mmol/L范圍內(nèi)，‘天光’和‘章丘’兩品種大蔥株高、假莖長、假莖粗、植株干重以及單株產(chǎn)量均隨硅濃度升高呈先上升后下降的趨勢，且均以1.2mmol/L的處理表現(xiàn)最好，其單株產(chǎn)量分別較不施硅提高了19.4%和30.9%; 適量施硅還顯著提高了大蔥游離氨基酸、可溶性糖、丙酮酸等含量，表明施硅有利于改善大蔥品質(zhì)。隨營養(yǎng)液硅水平的升高，兩大蔥品種各器官硅含量均顯著增加，在1.8mmol/L處理時達最高，而鉀含量則與之相反，氮、磷含量則呈先上升后下降的趨勢，均以1.2mmol/L處理含量較高; 由于施硅促進了大蔥生長，所以大蔥對硅及氮、磷、鉀的吸收量則均隨硅水平的升高呈增加趨勢。大田施硅試驗表明，‘天光’和‘章丘’兩品種大蔥均以施硅量(SiO2)300kg/hm2時產(chǎn)量較高，分別比對照增產(chǎn)15.4%和25.6%。【結(jié)論】大蔥增施硅可顯著增加大蔥對硅及氮、磷、鉀的吸收量，促進植株生長，提高產(chǎn)量和品質(zhì)，但同一硅水平的增產(chǎn)率以‘章丘’品種顯著高于‘天光’，且二者隨硅水平變化的幅度也不相同，表明不同大蔥品種對硅的反應敏感性存在顯著差異。本試驗條件下，以營養(yǎng)液硅水平1.2mmol/L、土壤施硅300kg/hm2時較有利于大蔥的生長及產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。

大蔥; 硅; 礦質(zhì)元素; 產(chǎn)量; 品質(zhì)

大蔥(Allium fistulosumL. var．giganteamMakino)為百合科單子葉植物，以葉片及葉鞘(假莖)為食用器官，是我國人民喜食的調(diào)味佳品。孔靈君等[9]、江麗華等[10]曾就氮、磷、鉀、硫等礦質(zhì)元素對大蔥生長發(fā)育的影響進行了一些研究，并證明合理施肥可顯著提高大蔥的產(chǎn)量及品質(zhì)，但關(guān)于在大蔥上施用硅的研究尚未見報道。為此，本試驗以盆栽營養(yǎng)液培養(yǎng)和大田施硅栽培相結(jié)合，研究不同硅水平對大蔥礦質(zhì)元素吸收及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，旨在為大蔥高效施肥提供科學依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗設計

本試驗在2012年預備試驗基礎上，于2013年在山東農(nóng)業(yè)大學蔬菜試驗站進行。供試大蔥品種為‘天光’和‘章丘’。3月1日播種育苗，6月13日苗高40cm左右、有4片展開真葉時栽植，11月19日收獲。試驗分盆栽營養(yǎng)液培養(yǎng)和大田土壤栽培兩部分，供試硅源均為Na2SiO3·9H2O。

大田試驗供試土壤有機質(zhì)含量11.09g/kg，全氮0.80g/kg，堿解氮(N)141.7mg/kg，速效磷(P2O5)92.2mg/kg，速效鉀(K2O)192.3mg/kg，有效硅232mg/kg，pH6.72。試驗設施硅量SiO20、150、300、450kg/hm24個處理，在大蔥栽植時，按處理量將Na2SiO3·9H2O均勻施入栽植溝中，大蔥栽培行距80cm，株距3.5cm，小區(qū)面積14.4m2，每處理重復3次，隨機區(qū)組排列。其他管理均按常規(guī)方法進行。

1.2測定項目與方法

大蔥收獲時，盆栽大蔥每小區(qū)取10株，測定株高、假莖長、假莖粗及根、假莖、葉片鮮質(zhì)量，后置干燥箱內(nèi)105℃殺青30min，75℃烘干至恒重稱量干質(zhì)量，樣品備存用于測定氮、磷、鉀、硅含量; 另取盆栽大蔥假莖測定產(chǎn)品品質(zhì)。

可溶性糖采用蒽酮法; 可溶性蛋白采用考馬斯亮藍法; 維生素C采用鉬藍比色法[11]; 丙酮酸采用2,4-二硝基苯肼顯色法[12]; 游離氨基酸采用茚三酮溶液顯色法[12]; 纖維素采用濃酸水解定糖法[13]測定。大蔥綜合品質(zhì)評分參考宋春鳳等[14]的相對比較法進行，即將各品質(zhì)指標最大值確定為100分，某處理該指標測定值占最大值的百分數(shù)即為該指標的實際得分，各處理所有品質(zhì)指標得分與其權(quán)重值乘積之和，即為該處理的綜合品質(zhì)得分。

將烘干的大蔥干樣磨碎后，過0.25mm篩，稱取0.200g,用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮法煮至澄清，氮、磷、鉀含量分別采用凱氏定氮法[15]、鉬銻抗比色法[15]、火焰光度法[15]測定; 稱取0.300g烘干樣品裝入瓷坩堝中，放進高溫電爐中進行干灰化，直到樣品呈灰白色，采用Vorm法[15]測定硅含量。

大田試驗大蔥收獲時按小區(qū)計產(chǎn)，折算公頃產(chǎn)量。

1.3數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用MicrosoftExcel2007軟件進行處理，SPSS進行統(tǒng)計分析和差異顯著性檢驗。

2　結(jié)果與分析

2.1硅水平對盆栽大蔥生長量的影響

從表1可以看出，不同硅濃度營養(yǎng)液對大蔥生長有顯著影響，均表現(xiàn)為隨硅濃度的增加，大蔥各生長指標先增加后降低，在1.2mmol/L時達最大值，其中‘天光’大蔥株高、假莖粗、假莖長、假莖干重較不施硅處理分別增加10.9%、15.8%、12.4%、26.2%; 而‘章丘’大蔥則分別增加了12.8%、26.4%、9.3%、35.6%。

2.2硅水平對盆栽大蔥不同器官硅含量及吸收分配特性的影響

表2結(jié)果顯示，兩品種大蔥各器官硅含量(SiO2)均隨營養(yǎng)液硅濃度的升高而持續(xù)升高，且硅含量根較高，葉片次之，假莖較低。如營養(yǎng)液硅濃度分別為SiO20.6、1.2、1.8mmol/L時，‘天光’大蔥根系硅含量分別達4.31、6.09、6.91mg/g，較不施硅處理分別增加了138.1%、236.5%、281.8%，而假莖硅含量僅為0.47、0.49和0.56mg/g，分別較不施硅處理增加了9.3%、14.0%、30.2%。大蔥植株對硅吸收量亦隨硅水平的增加而顯著提高，其中在1.8mmol/L的硅水平下，‘天光’大蔥、‘章丘’大蔥全株對硅的吸收量分別達16.73和26.21mg/plant，較不施硅分別增加了82.8%和115.5%; 同時，營養(yǎng)液硅濃度還顯著影響了硅在大蔥各器官的分配率，較高的硅水平可促進硅向根系的分配，降低向假莖、葉片的分配。相關(guān)指標顯著性檢驗結(jié)果(表2)顯示，兩品種除硅在假莖的分配率無顯著差異外，各器官硅含量和吸收量均存在顯著或極顯著差異。

2.3硅水平對盆栽大蔥氮磷鉀含量及吸收量的影響

2.3.1 硅水平對盆栽大蔥氮、磷、鉀含量的影響從表3可以看出，營養(yǎng)液硅水平除對大蔥根系氮含量無顯著影響外，對大蔥假莖、葉氮含量及各器官磷、鉀含量均有顯著影響，但作用的大小不盡相同，施硅顯著提高了大蔥假莖、葉氮含量，但以1.2mmol/L處理較高，如‘天光’大蔥葉片氮含量較不施硅處理增加37.3%，而1.8mmol/L處理僅增加了14.9%。大蔥各器官磷含量的變化趨勢與氮含量相似，根、假莖、葉中磷含量均在1.2mmol/L時達最大值，隨后含量下降。與氮、磷含量不同的是，兩品種大蔥各器官鉀含量均隨硅水平的升高呈降低趨勢，在1.8mmol/L處理時最低，如兩品種假莖鉀含量較不施硅處理分別降低了20.4%和30.1%。

表1　不同硅水平對盆栽大蔥生長的影響

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平Datafollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantamongtreatmentsatthe5%level.

表2　不同硅水平對盆栽大蔥硅含量及吸收分配特性的影響

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平Datafollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantamongtreatmentsatthe5%level.

表3　不同硅水平對盆栽大蔥各器官氮磷鉀含量的影響

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平Datafollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantamongtreatmentsatthe5%level.

2.3.2 硅水平對盆栽大蔥氮、磷、鉀吸收量的影響表4表明，大蔥植株對氮、磷、鉀的吸收量均隨硅水平的提高呈先上升后下降的趨勢，多在1.2mmol/L時達到最大值，此時‘天光’大蔥假莖氮、磷吸收量分別較不施硅增加了36.7%和40.0%; 雖然大蔥各器官鉀含量隨硅水平升高而下降，但由于施硅顯著提高了大蔥各器官的干質(zhì)量，故施硅還是提高了大蔥對鉀的吸收量，如在1.2mmol/L硅水平下，‘天光’大蔥和‘章丘’大蔥葉片中的鉀吸收量分別較不施硅增加了0.5%和14.2%。

表4　不同硅水平對盆栽大蔥各器官氮磷鉀吸收量的影響

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平Datafollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantamongtreatmentsatthe5%level.

2.4硅水平對大蔥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響2.4.1 營養(yǎng)液硅水平對盆栽大蔥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響表5表明，隨營養(yǎng)液硅水平的升高，兩品種大蔥產(chǎn)量均顯著增加，但硅濃度過高則增產(chǎn)效果降低，其中以1.2 mmol/L處理的產(chǎn)量較高，‘天光’、‘章丘’大蔥比不施硅處理分別增產(chǎn)19.4%和30.9%。硅對大蔥品質(zhì)也有顯著影響，但對各品質(zhì)指標的作用方向并不一致，且兩個品種之間也存在一定差異。兩品種大蔥假莖的丙酮酸、氨基酸、可溶性糖、纖維素及維生素C含量均隨硅水平的提高基本呈先升高后降低的趨勢，多以1.2 mmol/L處理的值最大，‘章丘’大蔥可溶性蛋白含量亦表現(xiàn)出相似的趨勢，但硅對‘天光’大蔥的可溶性蛋白含量無顯著影響。從綜合品質(zhì)看，兩個品種大蔥的品質(zhì)均以營養(yǎng)液硅水平為1.2 mmol/L時為好。

表5　不同硅水平對盆栽大蔥假莖品質(zhì)及產(chǎn)量的影響

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平Datafollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantamongtreatmentsatthe5%level.

2.4.2 大田施硅對大蔥產(chǎn)量的影響表6結(jié)果表明，不同施硅量對大田大蔥產(chǎn)量均有顯著影響，隨施硅量的增加，大蔥產(chǎn)量先增加后降低，均以施硅300kg/hm2的處理大蔥產(chǎn)量較高，‘天光’和‘章丘’大蔥的產(chǎn)量分別達82091和94803kg/hm2，分別較不施硅增產(chǎn)15.4%和25.6%，而施硅量為 450kg/hm2時，‘天光’和‘章丘’大蔥的產(chǎn)量分別為78818和91815kg/hm2，雖較不施硅分別增產(chǎn)10.8%和21.6%，但較施硅300kg/hm2的處理分別降低了4.0%和3.2%，表明不同大蔥品種對硅反應的敏感性不同。

表6　大田施硅對大蔥產(chǎn)量的影響

注(Note): 小區(qū)面積為14.4m2Plotareais14.4m2. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平Datafollowedbydifferentlettersinacolumnaresignificantamongtreatmentsatthe5%level.

3　討論

不同植物間的硅含量差別很大，這可能與植物根系對硅的吸收能力不同有關(guān)[16]。由于植物對硅的吸收包括從外部溶液到皮層細胞的徑向運輸和從皮層細胞釋放進入木質(zhì)部兩個過程[17]，因此有研究表明，水稻中較高的硅含量與其含有高密度的徑向運輸轉(zhuǎn)運蛋白SIT1及木質(zhì)部卸載轉(zhuǎn)運蛋白SIT2有關(guān)[18-19]，而黃瓜和番茄等植物中較低的硅含量，可能是轉(zhuǎn)運蛋白SIT1密度低和SIT2缺失之故[17]。本研究結(jié)果表明，大蔥根、假莖及葉片中硅含量隨營養(yǎng)液硅水平的增加而顯著升高，這與其他學者在番茄[20]、生姜[21]、向日葵[22]等作物上的研究結(jié)果類似，但‘天光’、‘章丘’兩品種大蔥各器官硅含量存在顯著差異，尤以葉片硅含量差異為甚，表明同一作物不同基因型對硅的吸收分配顯著不同。

營養(yǎng)液硅水平不僅影響大蔥植株體內(nèi)的硅含量，也顯著影響其對氮、磷、鉀的吸收。本研究結(jié)果表明，除根系氮含量外，適量施硅可顯著提高大蔥植株各器官的氮、磷含量，但硅水平過高，則氮、磷含量降低，而大蔥各器官鉀含量則隨硅水平的升高呈降低趨勢。梁永超等[23]研究亦證實，硅提高鹽脅迫下大麥植株體內(nèi)的氮、磷含量，與硅可增強其根系活力和H+-ATP酶活性有關(guān); 胡克偉等[24]研究表明，硅可降低土壤對磷的吸附結(jié)合能力，增加易解吸磷的含量，從而有利于植物對磷的吸收; 汪傳炳等[25]研究表明，施硅對水稻吸收鉀素有一定的抑制作用，使植株鉀含量降低，這可能是施硅引起植物細胞壁特別是凱氏帶發(fā)生硅質(zhì)化，從而阻礙了鉀離子進入根系有關(guān)[26]。

本試驗結(jié)果表明，硅可有效促進大蔥的生長，并可顯著提高大蔥產(chǎn)量，這與前人在生姜[26]、水稻[27]、黃瓜[28]等上的研究結(jié)果一致。硅促進植物生長的原因可能有以下三方面: 首先，硅能促進細胞伸長，使葉片表皮細胞長度和細胞壁伸展性顯著增大，盡管硅不能直接促進細胞的分裂[29]; 第二，硅能促進植物根系的生長，使細胞內(nèi)線粒體數(shù)量增多，有利于氧化磷酸化的進行，使根的呼吸速率和ATP的含量增加，提高其對水分和養(yǎng)分的吸收能力[30]; 第三，硅通過提高植物葉片色素含量促進了光合作用，從而可以合成更多的有機物[21]。本試驗盆栽營養(yǎng)液培養(yǎng)的‘天光’和‘章丘’兩品種大蔥均以1.2mmol/L硅處理下生長量較大、產(chǎn)量較高，分別較對照增產(chǎn)19.4%和30.9%; 大田栽培兩品種大蔥產(chǎn)量均以施硅(SiO2)300kg/hm2的產(chǎn)量較高，分別較對照增產(chǎn)15.4%和25.6%。不僅兩品種大蔥施用等量硅肥的增產(chǎn)率顯著不同，其產(chǎn)量隨施硅量變化的幅度也以‘章丘’大蔥顯著大于‘天光’大蔥，表明‘章丘’大蔥對硅的反應更為敏感，且需硅量更高，這與盆栽中‘章丘’大蔥莖葉硅含量較‘天光’大蔥高的結(jié)果一致。同時，適宜的硅水平也顯著提高了大蔥游離氨基酸、可溶性糖、丙酮酸等含量，而丙酮酸是大蔥風味物質(zhì)有機硫化物的最直觀的反映指標[31]，表明適量施硅有利于改善大蔥品質(zhì)。李明德等[32]研究表明，硅對甘蔗有明顯的增產(chǎn)和增糖作用; 吳英等[33]研究表明，施硅后稻米精米率提高且風味改善; 張國芹等[26]報道，增施硅肥提高了生姜根莖中的淀粉、可溶性糖、蛋白質(zhì)及姜油含量。這可能與硅能夠調(diào)節(jié)某些代謝基因的表達有關(guān)[26,34]。

4　結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，‘天光’、‘章丘’兩品種大蔥各器官硅含量均隨營養(yǎng)液硅水平的升高而增加，鉀含量則剛好相反，而氮、磷含量則呈先增加后降低的趨勢，但大蔥對硅及氮、磷、鉀的吸收量則均隨硅水平升高呈增加的趨勢，這與適量施硅顯著促進了大蔥的生長有關(guān)。雖然兩大蔥品種的產(chǎn)量均以盆栽營養(yǎng)液硅水平1.2mmol/L、大田土壤栽培300kg/hm2較高，但增產(chǎn)率以‘章丘’大蔥顯著高于‘天光’大蔥，且二者隨硅水平變化的幅度也不相同，表明大蔥基因型對硅的反應敏感性具有顯著差異。

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Effectsofsilicononmineralelementuptakeanddistribution,yieldandqualityofChinesespringonion

LIWei-qiang,ZHANGYi,SHIJian,HOULi-li,WANGLei,XUKun*

(State Key Laboratory of Crop Biology/Ministry of Agriculture Key Laboratory of Horticultural Crop Biology and Germplasm Creation in Huang-Huai Region/College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University,Tai’an, Shandong 271018, China)

【Objectives】Chinesespringonionhasimportanthealthfunctionandmedicinalvaluebecauseofitsorganicsulfurcompound.Forthereason,someresearchfocusedontherelationshipbetweenmineralelements,suchasnitrogen,phosphorus,potassiumandsulfur,etc.,andimprovingyield,qualityandflavorsubstancesofChinesespringonions.Asanacceptedbeneficialelement,siliconplaysanimportantroleinimprovingcropyieldandquality,buttheresponseofChinesespringoniontosiliconwasnotreported.Therefore,inthisexperiment,effectsofsilicononmineralelementuptakeanddistribution,yieldandqualityofChinesespringonionswerestudiedforprovidingscientificbasisforeffectivefertilization.【Methods】UndertheconditionofusingNa2SiO3·9H2Oassiliconsource,twovarietiesofChinesespringonion, ‘Tianguang’and‘Zhangqiu’,wereselectedasmaterialstoinvestigatetheeffectsofdifferentsiliconlevelsofnutrientsolution(SiO20, 0.6, 1.2and1.8mmol/L)andsoilsiliconfertilizers(SiO20, 150, 300and450kg/hm2)onmineralelementuptakeanddistribution,yieldandqualitybycombiningpotHoaglandnutrientsolutioncultureandfieldcultivation. 【Results】Theresultsshowthattheplantheights,cauloidlengths,cauloiddiameters,dryweightsandsingleplantyieldsofthetwovarietiesarefirstlyincreasedandthendecreasedintherangeof0-1.8mmol/Lsilicon.Amongalltreatments,the1.2mmol/Lsilicontreatmentisthebest,andthesingleplantyieldsofthetwovarietiesareimprovedby19.4%and30.9%respectivelycomparedwiththecontrol.Moreover,appropriatesiliconalsosignificantlyincreasesthecontentsoffreeaminoacids,solublesugar,pyruvicacidofChinesespringonions,whichindicatesthattheChinesespringonionqualitycouldbeenhancedbyapplyingsilicon.Withtheincreaseofsiliconlevels,thesiliconcontentsindifferentorgansoftwovarietiesareincreasedsignificantly,andthenreachthehighestvaluesunderthe1.8mmol/Lsiliconconcentration,whilethepotassiumcontentsisdecreased.Thenitrogenandphosphoruscontentsareincreasedfirstlyandthendecreased,andtheirmaximumsoccurunderthe1.2mmol/Lsiliconlevel.BecausetheapplicationofsiliconpromotesthegrowthofChinesespringonions,theuptakeamountsofsilicon,nitrogen,phosphorusandpotassiumareraisedwiththeincreaseofsiliconlevels.Inthefieldexperiment,underthetreatmentofsupplying300kg/hm2silicon(SiO2),theyieldsof‘Tianguang’and‘Zhangqiu’arethehighestandareincreasedby15.4%and25.6%comparedwiththecontrol. 【Conclusions】Addingsiliconsignificantlyincreasestheuptakeamountsofsilicon,nitrogen,phosphorusandpotassiumofChinesespringonions,promotestheplantgrowth,yieldandquality.However,theyieldincreasedrateof‘Zhangqiu’issignificantlyhigherthanthatof‘Tianguang’,andthechangesofthetwovarietieswithdifferentsiliconconcentrationsaredifferent,indicatingthatdifferentChinesespringonionvarietieshadasignificantdifferencesinthesensitivityofsilicon.Inthisexperiment,thenutrientsolutioncontainingsilicon1.2mmol/Lorsoilsupplying300kg/hm2siliconfertilizerareoptimalforimprovingthegrowth,yieldandqualityofChinesespringonions.

Chinesespringonion;silicon;mineralelements;yield;quality

2014-10-10接受日期: 2014-12-31網(wǎng)絡出版日期: 2015-07-17

山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金(SDAIT-02-022-05)資助。

李煒薔(1990—)，女，山東臨沂人，碩士研究生，主要從事蔬菜栽培生理方面的研究。Tel: 0538-8241783，E-mail:li211129@163.com*

E-mail:xukun@sdau.edu.cn

S633.1.601

A

1008-505X(2016)02-0486-09