全 文 ：书喷施不同纳米硅肥对红苋菜增产效果研究
裴福云1，2，董超文2，段继贤2，黄培钊2，陈占全2，王德汉1* (1．华南农业大学资源环境学院，广东广州 510462;2． 深圳市
芭田生态工程股份有限公司博士后工作站，广东深圳 518057)
摘要 ［目的］研究不同纳米硅肥对红苋菜增产效果的影响。［方法］以制备的纳米二氧化硅、纳米硅藻土和纳米膨润土为硅肥，叶面喷
施于盆栽红苋菜植株，测定红苋菜的增产效果。［结果］喷施上述 3种纳米硅肥(SiO2 浓度 0． 09%)后，苋菜鲜重和干重明显增加，分别
比对照提高了 11． 20%、20． 37%、31． 49%。硅肥提高苋菜的产量，在矿石材料纳米硅藻土、纳米膨润土中存在 Ca、Mg、Fe等中微量元素，
对苋菜生长具有促进作用，茎粗增加，叶绿素含量提高。硅肥增强了光合作用、促进作物生长。［结论］该研究中，Si、Fe与材料的纳米结
构多因素协同作用促进了苋菜生长，提高了肥料的利用率。
关键词 硅肥;纳米材料;叶面喷施;苋菜;产量
中图分类号 S14 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2015)12 －076 －03
Effect of Different Silicon Fertilizer on the Growth，Quality and Yield of Amaranth
PEI Fu-yun1，2，DONG Chao-wen2，DUAN Ji-xian2，WANG De-han1* et al (1． College of Nature Ｒesources and Environment，South
China Agricultural University，Guangzhou，Guangdong 510642;2． Shenzhen Batian Ecotypic Engineering Co．，Ltd． Postdoctoral Workstation，
Shenzhen，Guangdong 518017)
Abstract ［Objective］The objective of this study was to evaluate the effect of foliar application of nano silicon dioxide，nano diatomite and
nano bentomite on amaranth． The experiment was conducted under greenhouse conditions in pots containing 5 kg soil． The treatments consisted
of a control(no Si application)，soil application of three nanomaterials and different concentration gradient with five replications． ［Ｒesult］The
statistical results revealed that foiliar fertilization of 3 kinds of matireials including nano silicon dioxide nanodiatomite，nanobentomite increased
the biomass of amaranth by 11． 20%、20． 37%、31． 49%，respectively． There are several micronutrient such as Fe，Mg，Ca in mineral materi-
als which can furture increase the crop growth． Si and Fe can promote the capacity of photosynthesis． ［Conclusion］The proposed action mech-
anism for promoting growth with nano Si fertilizer was the synergistic effect of the special nanostruction，Si and Fe． They can increase the yield
and quality of fruits and vegetables and improve environment．
Key words Silicon fertilizer;Nanomaterial;Foliar spray;Amaranth;Yield
基金项目 深圳市南山区技术研发和创意项目分项资金创新研发项目
(KC2014JSCX0028A)。
作者简介 裴福云(1975 － )，女，河南柘城人，工程师，博士后，从事纳
米材料的制备、表征及其应用研究。* 通讯作者，教授，博
士，从事固体废弃物生物处理与资源化利用、农业废弃物处
理与新肥料资源开发研究。
收稿日期 2015-03-16
纳米材料具有一系列特殊的物理和化学性质，包括小尺
寸效应、表面和界面效应等，在吸收、催化、磁效应等方面表
现出优异性能。肖强等［1］阐述了国内外纳米材料在土壤与
植物营养领域的应用进展，其中包括纳米材料在缓 /控释肥
方面的应用［2］、纳米碳酸钙对苹果的作用［3］、纳米二氧化钛
的杀菌作用等［4］。目前对材料利用分散和深度的研究不够，
对含有植物营养的材料研究较少。因此研究能够提供营养
的纳米材料在肥料中的应用显得尤为重要。
硅被国际土壤界列为继氮、磷、钾之后的第四大营养元
素，其对农作物生长具有诸多有益影响，例如能降低土壤盐
度高带来的不利影响［5］、有效缓解缺铁症状［6］、提高马铃薯
的抗逆性［7］等。硅藻土、膨润土都是矿石资源，既含有营养
元素 Si，又含有 Ca、Mg等中微量元素，可以弥补肥料中营养
元素不足的问题。该研究分析了纳米硅藻土、纳米膨润土以
及合成的纳米二氧化硅几种材料对红苋菜生长的影响，并比
较材料之间的差异，为纳米材料在肥料方面的应用提供基础
资料。
1 材料与方法
1． 1 试验材料 试验设在深圳市光明新区芭田公司公明试
验基地进行。供试苋菜品种为‘红苋菜’，采用人工盆栽直播
方式种植。试验中硅藻土(型号为 SD-303)由东莞市森大环
保材料有限公司提供，膨润土由信阳鑫鼎矿业有限公司提
供;硅酸四丁酯、无水乙醇为试剂级。物理加工硅藻土、膨润
土分别得到纳米级别的硅藻土和膨润土;以硅酸四丁酯为原
料合成纳米二氧化硅。
1． 2 测试方法 土壤全氮用凯氏法测定，土壤速效钾用醋
酸铵浸提火焰光度计法测定，土壤速效磷用钼蓝比色法测
定［8］。利用红外光谱分析材料的结构特征。施肥前 1 d 用
游标卡尺测量植株茎粗，用刻度尺测量株高，并在第 2 次施
肥后的第 5天再次测量该参数，对比差异性。苋菜取样后，
冲洗根部，沥干后称重得到鲜重;苋菜在 105 ℃条件下杀青
30 min后，于 80 ℃烘箱中恒温烘干 12 h称得干重。采用叶
绿素仪测量苋菜叶片叶绿素值。
1． 3 试验处理 盆栽试验共设 10 个处理，各处理重复 5
次，每盆用土量为 5 kg。将 SiO2、纳米硅藻土和纳米膨润土 3
种材料分别设 3个浓度(表 1)。播种时间为 2014年 5 月 18
日，共喷施 2次，喷施时间分别为 6 月 13 日和 6 月 21 日，将
材料稀释 300倍后采用人工喷施苋菜叶面的方式喷施。主
要考察苋菜株高、茎粗、鲜重及干重、叶绿素含量、植株全 N
量、NPK含量。采用 Excel和 SPSS软件对数据进行统计分析
处理。
2 结果与分析
2． 1 材料结构分析 对硅藻土和膨润土 2种材料进行红外
分析。由图 1可知，793． 22、1 039． 4 cm －1处的吸收峰分别属
于Si -O -Si的反对称伸缩振动峰和对称伸缩振动峰。
责任编辑 高菲 责任校对 况玲玲安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2015，43(12):76 － 78
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2015.12.028
表 1 各处理纳米材料类型与用量
处理编号 材料类别
喷施硅肥浓度∥%
(以含 SiO2 量计)
CK 施用常规肥 0
NSD-1 常规肥 +纳米二氧化硅 0． 04
NSD-2 常规肥 +纳米二氧化硅 0． 09
NSD-3 常规肥 +纳米二氧化硅 0． 21
ND-1 常规肥 +纳米硅藻土 0． 04
ND-2 常规肥 +纳米硅藻土 0． 09
ND-3 常规肥 +纳米硅藻土 0． 21
NB-1 常规肥 +纳米膨润土 0． 04
NB-2 常规肥 +纳米膨润土 0． 09
NB-3 常规肥 +纳米膨润土 0． 21
3 416． 5、1 636． 0 cm －1处的吸收峰分别属于 H-O-H的弯曲振
动峰和伸缩振动峰。另外，由于膨润土中 Al2O3 含量较高，
体现在 3 626 cm －1附近的 Al-O-H伸缩振动峰以及 920 cm －1
附近的峰，属于离子置换敏感区。从峰的强度上能够看出硅
藻土中 SiO2 的含量较高，膨润土次之，这与材料元素分析的
结果相一致。
2． 2 喷施不同纳米硅肥对苋菜重量的影响 叶面喷施不同
硅肥后，统计各处理的苋菜重量(包括根系)结果如表 2 所
示。喷施硅肥处理的苋菜鲜重明显高于对照，说明硅肥促进
了苋菜生长。在喷施不同浓度同一种纳米肥料后，苋菜鲜重
图 1 硅藻土和膨润土的红外光谱
随着喷施浓度的增加而增加;而几种不同材料之间，同等浓
度的情况下比较，喷施纳米膨润土的苋菜鲜重最高，喷施纳
米硅藻土的苋菜鲜重次之，喷施纳米二氧化硅的苋菜鲜重较
低。3种材料的区别主要在于成分与结构的差异，合成纳米
二氧化硅中未含有膨润土和硅藻土中的 Ca、Mg、Fe等中微量
元素。对比低浓度的 3种材料，发现纳米硅藻土和纳米膨润
土之间对苋菜重量影响差异不显著，与纳米二氧化硅之间有
差异(图 2)。中浓度梯度下纳米膨润土对苋菜重量影响优
于纳米硅藻土，优于纳米 SiO2。高浓度梯度下，纳米膨润土
对苋菜重量影响显示出优势。对比烘干后的重量发现同种
材料，随着各处理喷施浓度的增加，干重增加。
表 2 各处理对苋菜生长的影响
处理编号 株高∥cm 比对照 ±∥% 茎粗∥mm 比对照 ±∥% 苋菜鲜重∥g 比对照 ±∥% 苋菜干重∥g 比对照 ±∥% 叶绿素含量∥%
CK 44． 05 － 7． 04 － 144． 76 － 10． 03 － 39． 66
NSD-1 46． 35 5． 22 7． 28 3． 41 152． 78 5． 54 11． 12 10． 86 41． 84
NSD-2 48． 30 9． 64 8． 21 16． 62 160． 59 10． 94 11． 53 14． 96 39． 68
NSD-3 46． 35 5． 22 8． 38 19． 03 175． 35 21． 13 12． 73 26． 92 40． 84
ND-1 47． 90 8． 74 8． 25 17． 19 163． 19 12． 73 12． 07 20． 34 41． 90
ND-2 49． 25 11． 80 7． 99 13． 49 171． 92 18． 76 14． 40 43． 57 41． 18
ND-3 50． 65 14． 98 8． 04 14． 20 190． 97 31． 91 15． 31 52． 64 41． 92
NB-1 49． 30 11． 92 7． 57 7． 53 173． 86 20． 10 12． 78 27． 41 41． 08
NB-2 46． 75 6． 13 7． 62 8． 24 188． 69 30． 34 14． 85 48． 06 40． 08
NB-3 51． 15 16． 11 8． 42 19． 60 194． 89 34． 62 16． 04 59． 92 41． 06
图 2 各处理苋菜鲜重和干重对比
2． 3 喷施硅肥对苋菜株高和茎粗的影响 由表 2 可知，施
肥前各处理之间无差异，叶面喷施硅肥后，与对照相比较差
异显著，认为叶面喷施硅肥对苋菜植株直径增加具有明显的
效果。对比喷施纳米二氧化硅的 3 个处理可看出在喷施前
没有差异，但是喷施后，随着喷施浓度的增加，苋菜植株直径
增加，并且显示出差异性。说明二氧化硅能促进细胞的分裂
使得植株直径增加。从株高数据看出喷施硅肥前，对照与各
处理间无差异。喷施硅肥后，各处理株高明显增加。说明喷
施硅肥起到了促进苋菜细胞的分裂与拉长，从而促进了植株
长高。
2． 4 喷施硅肥对苋菜植株全 N 量及全 NPK 含量的影
响 由图 3可知，喷施硅肥后，各处理苋菜中 N 含量显著高
于对照，说明硅肥促进了苋菜对氮素的吸收利用。且随着喷
施量的提高，苋菜吸收的氮量逐渐增加。不同材料相同含硅
量(0． 04%)的处理之间，纳米膨润土处理苋菜含 N量 ＞纳米
硅藻土处理苋菜含 N 量 ＞纳米二氧化硅处理苋菜含 N 量。
说明在等含硅量的条件下，膨润土含有更多的中微量元素。
苋菜产量与对 N、P、K 总养分的吸收密切相关，为此考
察喷施硅肥后各处理苋菜 N、P、K养分累计量(图 3)。喷施
硅肥后，各处理吸收 N、P、K养分的总量显著高于对照;随着
7743 卷 12 期 裴福云等 喷施不同纳米硅肥对红苋菜增产效果研究
喷施量的增加吸收量亦增加;各材料喷施硅肥对 N、P、K 的
总吸收量依次为:纳米膨润土、纳米硅藻土、纳米二氧化硅。
图 3 喷施硅肥后苋菜中的含 N量及全 NPK量对比
2． 5 喷施硅肥对苋菜叶绿素的影响 由图 4 可知，施肥前
各处理苋菜叶绿素含量差异不显著;2次喷施硅肥后，于采收
期测量各处理叶绿素含量发现，对照的叶绿素明显偏低，而
喷施硅肥的各处理叶绿素含量差异不明显，说明硅肥能促进
光合作用，长势良好。
图 4 各处理叶绿素对比
3 结论与讨论
(1)该试验表明喷施 3种纳米硅肥后苋菜的茎粗、株高、
叶绿素、植株全 NPK、鲜重及干重等增加，与对照相比有显著
差异，证明喷施硅肥对苋菜的生长有促进作用。有文献表明
硅能提高作物抗逆性，同时提高作物产量;硅藻土能够增加
小麦的鲜重、干重及叶绿素含量［9 －10］。硅素可以在苋菜叶片
表皮细胞形成具有角质双硅层的细胞壁［11］;在叶脉间成行
排列的矩形硅化细胞［12］。正是由于硅的作用，进一步促进
了苋菜细胞的分裂、拉长，增大茎粗、株高，从而增加了生
物量。
(2)从研究结果看出，叶面喷施 3种纳米材料后，植株全
NPK总量都有大幅度的提高，并且总体趋势是:纳米膨润土
处理苋菜全 NPK含量 ＞ 纳米硅藻土处理苋菜全 NPK 含量
＞合成纳米二氧化硅处理苋菜全 NPK含量。纳米硅藻土和
纳米膨润土与纳米二氧化硅相比表现出更为突出的优势与
材料中的其他微量元素 Ca、Mg、Fe有必然联系。且膨润土中
微量元素最高，硅藻土中次之。
(3)有研究表明，硅能减轻生物或者非生物的胁迫，即在
非正常的环境胁迫情况下对植物是有益的影响。不管是叶
面喷施还是施入土壤，都能增加植物中色素浓度及光合作用
与蒸腾作用［13］。硅肥能缓解植物中铁含量的不足，促进铁
在质外体中的移动和吸收［14］。该研究中，喷施中等浓度
(0. 09%)的纳米二氧化硅、纳米硅藻土、纳米膨润土后，苋菜
鲜重、干重相对于对照分别提高了 11． 20%、20． 37%、
31. 49%。
(4)纳米硅肥对苋菜增产提质的效果，与纳米材料的结
构特点密不可分。纳米材料的比表面积大、活性高，尤其是
纳米材料粒径小，其表面原子数目占完整粒子原子总数的
80%以上，由于表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空
键，具有不饱和性，易与其他原子相结合而稳定下来，表现出
较高的化学活性。随着粒径的减小，肥料粒子的表面积、表
面能及表面结合能都迅速增大，在湿润的环境中，容易被植
物吸附，从而提高利用效率，这是利用纳米材料的理论基础。
在生物磁场作用下运动，具有液体的流动性，所以更容易被
植物吸收，并有效刺激植物生长。
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