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1、硅营养研究与硅肥应用,目 录,一、肥料分类 二、从化学肥料发展历史看硅肥 三、硅肥发展历史 四、我国硅肥的发展 五、硅元素在作物中地位 六、硅肥在农业生产上的作用 七、硅肥能提高农产品品质 八、硅肥对其他植物的效果 九、硅肥发展新动向 十、我国未来硅肥产业发展展望,2,3,一、肥料的分类,肥料是作物的“粮食”，根据联合国发表的数据化学肥料对农业生产贡献率在40-60%，我国大概在40%左右。 现在，我国化学肥料利用率在30%，发达国家化学肥料利用率在60%。,4,肥料分类说明,（1）直接肥料；含有植物必需的营养元素，对植物具有直接营养作用的一类肥料。又可
2、以分为有机肥；无机肥料（矿质肥料）两大类: 有机肥：来源于植物或者动物如粪尿、堆肥、厩肥、绿肥、秸秆肥、城镇垃圾肥、饼肥、沼气肥、腐植酸类肥料等。 无机肥（矿质肥料或叫化学肥料）：是标明养分量呈无机盐形式的肥料。又可以分为单质肥料、复混肥料、缓释肥料。,5,肥料分类说明,I单质肥料是供应一种植物必需营养元素为主的肥料，如：氮肥、磷肥、钾肥、微量元素肥料、钙肥、硅肥、镁肥、硫肥等。 II复混肥是含有两种或者两种以上营养元素的肥料。 III缓释肥是某种特有的化合物或者物理状态，能在一定时间内为植物持续吸收利用的肥料。 （2）间接肥料；系用来调节土壤酸碱度，改良土壤结构，改善土壤理化性质、生物化学性
3、质、或调节植物生长发育为主要功能的肥料。如石膏、石灰、微生物肥料、植物生长调节剂等。,中国历年化学肥料施用量变化图（地位：万T）,6,我国化学肥料使用数量越来越大但是粮食产量增加比例不是同步，从1978年和2011年比较如上图，原因很多。,中国历年粮食产量变化图（万T）,7,8,二、从化学肥料发展历史看硅肥,化学肥料发展历史有170年左右。 （1）1842年英国劳斯生产过磷酸钙成功， 开创了化学肥料历史。 （2）钾肥是德国化学家李比格首先发现钾盐可以作为化学肥料应用，1861年在德国建立第一个氯化钾生产示范工厂。 （3）1913年德国建成世界上第一个合成氨工厂。 微量元素营养研究更加晚。 19
4、22年麦克哈咕发现锰是植物必须的营养元素。 1923年奥林顿发现硼；,9,肥料使用的顺序： 1） 发达国家：磷肥钾肥氮肥微量元素肥料硅肥其他肥料； 2）我国：氮肥磷肥钾肥微量元素肥料硅肥其他肥料；,1926年萨麦发现锌； 1931年李普曼发现铜； 1939年阿诺发现钼； 1954年布罗伊尔发现氯,10,三、硅肥的发展历史,1）1840年，德国化学家李比西提出矿物营养理论时，把硅列为与氮磷钾一样重要的元素。有160多年历史的世界最早的英国洛桑肥料试验站，110多年连续试验证明，硅具有活化天然磷的作用。但是，总体研究难度大进展比较慢。 2）1926
5、年，美国加州大学Sommer教授等首先提出水稻是喜硅作物，是水稻生长必需元素。 3）1930年开始日本科学家进行了水稻硅营养研究。二战后，日本粮食非常困难，日本科学家采用各种技术提高水稻产量（一个硅肥，一个塑料大棚）,5）韩国1965年硅肥也写进了肥料法。韩国，台湾等先后引进日本技术大面积推广，韩国在推广水稻直播覆盖硅肥工作。 6）美国把硅肥作为土壤调理剂登记。朝鲜，菲律宾，巴西等国先后使用硅肥料。目前包括亚州、非州、美州、澳州在内的许多国家和地区都已广泛使用硅肥。,4）1951年山梨大学小林均教授发现二氧化硅与“秋落”，烂根，稻瘟病关系。1954年第一家硅肥工厂在高岗市建成。1955年日本写
6、进了肥料法。1957年成立硅肥协会。20世纪70年代日本最多时硅肥使用量在135万吨。,12,日本水稻播种前使用硅肥的情景,13,14,从国际会议学术研究上看硅营养与硅肥： （1）1999月9月13日农业中的硅国际学术讨论会在美国举行第一次； （2）2002年9月13日在日本举行第二次国际学术讨论会； （3）2005年9月13日在巴西举行第三次国际学术讨论会； （4）2008年9月13日在南非举行第四次国际学术讨论会； （5）2011年9月13日在北京举行第五次国际学术讨论会。 第五届硅与农业国际会议上，决定2014年在挪威举办第六届国际会议。,15,第一、二次在美国和日本召开的农业中的硅国际
7、会议论文集,第五次在北京会议论文集,16,北京“硅与农业”国际会议基本情况,17,受“硅与农业”国际组织委员会委托，经中华人民共和国农业部批准，由中国农科院主办，2011年9月13日至18日在北京成功举办,来自28个国家（地区）的120余位注册代表参加了会议，参会代表中的中、外代表各占一半，主要发达国家美国、英国、法国、日本、德国等和金砖五国都参加了会议。,中国农科院、中国科学院、中国农业大学等国家团队，硅肥研究、推广者和企业代表参加了会议。这次会议共收录论文（摘要）112篇，主要发达国家和金砖五国有80篇占71%，中国有36篇论文（摘要）入选、占32%。中国、美国、日本学者分别作了“植物生物
8、学中硅异常性的本质”、“硅与生物协迫”和“不同植物种从根到穗的转运机制”的主题报告。,最后与会代表和嘉宾到天津宝砥实地考察了水稻田间施硅试验。,18,四、我国硅肥的发展,我国硅肥研究始于上世纪70年代后期，最初论文发表于1979年浙江农业科学。这里特别要提到中国科学院南京土壤研究所藏惠林副研究员。南京农业大学马同生教授。我国硅肥工业化生产始于上世纪80年代后期，水电部西安热工研究所。上世纪90年代以前，我国硅营养研究比较少，全国农业大学教科书上没有硅营养的资料。90年代初，蔡德龙博士从日本归国后，带回日本生产技术，结合国内情况深入研究硅营养，发现了我国黄河，长江，,海河，淮河水系二氧化硅含量普
9、遍低于10mg/L，提出了不同土壤硅临界值不同的理论，打破了华北土壤不缺硅的观念，通过大量实验发表了硅肥能改良红壤又能改良盐碱地和减轻重金属对植物污染论文。 1995年成立了河南省硅肥工程技术研究中心。 1995年在国家科学技术委员会在河南省郑州召开了全国硅肥生产及应用技术研讨会。,19,20,1995年9月，全国硅肥生产及应用技术研讨会 在郑州召开,21,22,人民日报1997年8月21日报道,23,人民日报1997年8月21日报道,24,中国青年报1998年3月26日头版报道,25,26,27,1999年河南省第一个颁布了硅肥地方标准。 1999年国家科技部把硅营养研究与硅肥应
10、用成果确定为全国重点推广项目。 2000年，2001年国家科技部出版了硅肥及施用技术著作和硅营养研究与硅肥应用论文集。 2002年，参与起草农业部部颁标准硅肥标准， 2004年农业部标准颁布。 1996年云南省，湖南省，江西省先后召开了硅肥会议邀请蔡德龙博士做学术报告。,1999年河南省地方硅肥标准,29,1996年云南省硅肥研讨会,30,1997年4月江西省硅肥研讨会,31,参与起草的农业部硅肥标准,32,中华人民共和国农业部行业标准,33,2000年出版国家科技部培训教材,34,35,2001年出版了论文集,1999年泰国正大开展合作,36,张涛副省长主持下正大签订5亿元投入协议,37,3
11、8,科技日报报道的硅肥潮,39,40,41,硅营应用被国家科技部列入重点推广计划,42,43,第五届“国际硅肥料会议”中获得消息:,44,领先农业股份有限公司，河北硅谷化工有限公司，北京晶鼎巨龙投资管理有限公司等企业都借这次大会为契机，扩大硅肥投资力度，研发新的硅肥产品。 全美最富的1000家公司之一，美国的哈斯科集团对中国硅肥早已关注、他们目前与山西太钢不锈钢股份有限公司联合，投资5亿元人民币建设太钢哈斯科钢渣综合利用项目。目前用钢渣生产硅肥的生产线正在建设中。,45,五、硅元素在农作物生长中的地位,1840年，德国农业化学家李比西（Liebig.J.von 1803-1873）出版了化学在
12、农业和植物生理学上的应用一书，提出了著名的矿物营养学说，归还学说奠定了现代化学（肥料）工业基础 。李比西的 “木桶理论”为我们平衡施肥提供了理论依据。当时他把硅和氮磷钾等列为植物营养元素。 1939年必需元素三条标准 阿农（D.I.Arnon）和史托特(P.R.Stour)提出判断植物必需矿质元素的三条标准为： (a)缺乏该元素不能完成其生命周期； (b)该元素的功能不可替代性； (c)该元素必须直接参与植物的新陈代谢。 “矿物营养学说”、 “归还学说”、“最少养份律”,46,缺硅黄瓜的叶片表现图,从以上黄瓜缺二氧化硅叶片可以看出硅的地位重要性,47,2002年在日本农业中的硅会议中，爱普斯坦
13、提出应当舍弃1939年的三大标准：美国著名植物营养学家爱普斯坦（Emanuel Epstein，1916 ），作了“植物营养中的硅”的主题报告，从以下的各项讨论可以得出结论：1939年提出的三条标准应当舍弃。 定义的(a)是不正确的 。因为许多植物尽管缺乏某些营养素，它们却仍然能够完成它们生命周期之中的生长或再生过程。,48,标准(b)详细地说明了“缺乏状态”是针对这一元素的，即，没有其它的元素能够代替这一元素。但是，用另一元素代替这一元素意味着我们所探讨的这一元素是“缺乏的”。 因此，标准(b)仅仅是对(a)做重复的说明。标准(c)说明，就我们所确定的“必需性”内容而言，这种元素必须直接参与
14、植物的新陈代谢，而不仅仅是对其生长介质的某些不良条件进行补偿或者改进。然而，对于发现必需元素的一种解释（Epstein, 2000）使得下面事实更加清楚地显现出来，即，许多元素的“必需性”概念是通过在溶液中种植各种实验作物来得以确定的，在这些溶液中，这一元素被严格地排除掉，而且，实验的观察者们对于植物营养过程中这一元素是如何直接参与等方面的知识却知之甚少。,49,2003年爱普斯坦（Epstein）和 布鲁姆（Bloom）两位教授提出了必需元素的两个新标准： （1）某一分子是植物结构或者新陈代谢过程中的一个固有的内在成分，而这个元素是构成这个分子的一个部分； （2）这种植物严重缺乏
15、这一元素以致（与未缺乏这一元素的同种植物相比）在其生长或再生的过程中表现出各种异常性。 模糊逻辑分析植物营养中的硅：“模糊逻辑” 这一术语的意思并不是说，这个逻辑是模糊的，而是指解决模糊问题的一种逻辑。关键点在于，当仅仅把“黑或白”赋予某些事物时，我们会感到不知所措，在“模糊逻辑”的领域之中，事物、现象和品质等等都被划分为“组群”，各种元素们都部分地属于这些“组群”，并且，“属于”的程度不同（程度范围从0至1）,50,六、硅肥在农业生产上的作用 1、硅是植物体特别是水稻组成的重要营养元素,大部分植物体都含有大量的硅，如水稻生产1000kg稻谷，水稻 地上部分SiO2的
16、吸收量达150kg，超过水稻吸收N、P、K总和。 不同植物主要灰份营养元素组成(占灰份总量%),51,水稻各生长期二氧化硅氮磷钾含量变化图,52,六、硅肥在农业生产上的作用 2、硅肥有利于提高水稻的光合作用（V型结构）,水稻吸收硅以后，形成硅化细胞，增强细胞壁强度，使植物机械组织发达，株型挺拔，茎叶直立。水稻茎叶之间夹角减小25.4度，有利于通风提高透光和密植，提高水稻叶面的光合作用，有利于有机物的积累，从而增加了稻谷的产量。,53,硅肥对水稻同化期转移影响,54,施硅提高水稻等植物光能利用效率（光合作用）图,目前麦稻光能利用率1-1.5%，理论上最大利用效率在10%。中国科学院院士匡延云正在进行在现有基础上提高20-30%麦稻光能利用率的研究。,55,六、硅肥在农业生产上的作用 3、硅肥能增强水稻抵抗病虫害的能力,硅化细胞的形成使水稻表层细胞壁加厚，角质层增加，从而增强对病虫害抵抗能力，特别是稻瘟病，水稻纹枯病，稻胡麻斑病，稻粒黑粉病，水稻烂秧，稻飞虱，二化螟，三化螟有比较显著作用。,上表所示：硅肥与小粒菌核病关系,56,六、硅肥在农业生产上的作用 3
