■ 新創事業處 簡道南


  在以前的文章中已經介紹植物生長所不可或約的16種必須元素,包括碳、氫、氧,氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、銅、錳、鋅、鉬、硼和氯。植物缺乏當中的任一種元素,就會對植物的存活和生長有立即和明顯的影響。本文則介紹一種對植物生長有益的元素,矽(Si)。矽元素雖然不是植物生長的必須營養成分,但是科學上已證明其對一些作物的生產量和品質的提升有明確的效果。

矽在土壤溶液中和在植物體內的形態

  矽是地殼中含量僅次於氧的第二高之元素,約占地殼組成27.7%;矽由岩石風化而進入土壤溶液中,所以岩石性質和風化條件會影響矽進入土壤溶液的速率。在土壤溶液pH值9.0以下,矽常以正矽酸(monosilicic acid,Si(OH)4)形態存在;當pH值9.0以上,矽則以矽酸鹽離子形態存在。在土壤溶液pH值9.0以下植物吸收矽的形態是不帶電荷的正矽酸,當其被吸收到植物體內則主要以水合的非晶型二氧化矽(amorphous silica,SiO2.nH2O)或聚矽酸的形態存在,少部分則以正矽酸或正矽酸膠體的形態存在。當植物體內的二氧化矽膠體固結而沉積後,就不會在植物體內移動。

  在土壤溶液中,矽酸的活性受土壤氧化鐵鋁的吸附效應所左右,氧化鋁對矽酸的吸附力強過氧化鐵,總之,土壤具有高Si/Al比或高 Si/Fe比表示植物能從土壤吸收較多的矽。

植物吸收矽的量和品種有很大的關係

  單子葉植物的榖類作物和草類通常含有2-20 毫克矽/克乾物重,而雙子葉植物的含矽量通常只有單子葉植物的十分之一或更低。有些品種,例如稻類、某些蕨類含有100 毫克矽/克乾物重是很平常的現象。

  矽在植物體內的分布也和品種有密切關係,例如番茄、蘿蔔、結球白菜等含矽量低的植物,其地上部和根部的矽含量差異很少;三葉草則以根部含有較高量的矽;水稻和燕麥等含矽量高的植物,則有90%以上的矽分布在地上部。至於同一種植物組織中,老的部位的矽含量會高於幼嫩部位。

矽在植物營養上的角色

  矽促進單子葉植物生長增加產量,矽使葉片直立,是密植植物如水稻、麥、甘蔗、禾本科牧草等葉片截取陽光的主要因子。但是矽對大多數雙子葉植物的發育並無顯著影響,例如在胡瓜,矽可增加胡瓜葉的重量、延遲老化、增加葉綠體含量使葉較綠,但對葉面積、果實長度、產量無影響。

  水稻是重要的糧食來源,有關矽對水稻生長和稻榖品質的影響的研究較多。矽對水稻營養生長期是有明顯影響,但是在生殖生長期的表現則更為突出。

  從表一的數據可得知加Si的處理在植株高度和穗數都比不加Si的處理好,但是在稻榖產量和品質有關的數據,例如每穗粒數、榖粒成熟度、成熟榖粒的重量等,加Si的處理要比不加Si的處理好很多。

表一、矽元素對水稻各生長階段的影響(水稻盆栽試驗)

處理

植株高度(公分)

穗數/盆

粒數/穗

全熟榖粒%

全熟榖粒重(克/盆)

不加Si

85

9.5

49.3

55

5.52

加Si

94.5

11.6

63.2

76

10.83


矽質肥料

我國國家標準中有關矽質肥料之品目和規格有下列三項:

(一)矽酸鉀肥料

1.適用範圍:本品目適用於以鹽基性鉀或再加鹽基性含鎂物與飛灰(Fly ash)混合後燒成之肥料級矽酸鉀。

2.性狀:本品為粉狀或粒狀。

3.品質:本品隻品質應符合下列規定。

3.1.主成分:就其保證成分,符合下列規定。

3.1.1.本品檸檬酸溶性氧化鉀(K2O)含量應在20.0%上,鹽酸溶性氧化矽(SiO2)含量應在25.0%以上。

3.1.2.除符合3.1.1規定外,如保證含有檸檬酸溶性氧化鎂(MgO)者,其含量應在 3.0%以上;如保證含有水溶性氧化鉀者,其含量應在1.0%以上;如保證含有檸檬酸溶性硼(B)者,其含量應在0.02%以上。

4.限制事項:

4.1.本品中未反應之氧化鉀含量應在3.0%以下。

4.2.本品登記含硼者,應於肥料標示註明本品含微量要素,超量施用有毒害,請依肥料使用方法及使用量施用之警語。

(二)矽質石灰石肥料 

1.適用範圍:本品目適用於肥料級矽質石灰石。

2.性狀:本品為粉狀。

3.品質:本品隻品質應符合下列規定。

3.1主成分:本品鹽酸溶性氧化矽(SiO2)含量應在20.0%以上,鹼度(以CaO表示)應在25.0%以上。 

4.限制事項:本品須全部通過CNS 386試驗篩2.0mm網目,並有60%以上通過0.6mm網目。

(三)矽酸鹽熔渣肥料

1.適用範圍:本品目適用於以製磷或生鐵所殘餘之熔渣粉碎而製成之矽酸鹽熔渣肥料。 

2.性狀:本品為粉狀或粒狀。

3. 品質:本品隻品質應符合下列規定。

3.1主成分:就其保證成分,符合下列規定。

3.1.1.保證含有鹽酸溶性氧化矽(SiO2)及鹼度(以CaO表示)者,鹽酸溶性氧化矽含量應在10.0%以上,鹼度應在35.0%以上。

3.1.2.除保證含有鹽酸溶性氧化矽及鹼度外,如保證含有檸檬酸溶性氧化鎂(MgO)、或檸檬酸溶性錳(Mn)者,除須符合下列(1)及(2)二項規定之外,並就其保證成分符合(3)或(4)項之規定。 

(1)其鹽酸溶性氧化矽含量應在10.0%以上。

(2)鹼度應在30.0%以上。

(3)檸檬酸溶性氧化鎂含量應在1.0%以上。

(4)檸檬酸溶性錳含量應在0.75%以上。 

3.2.有害成分:就鹽酸溶性氧化矽含量別,符合下列規定。

3.2.1鹽酸溶性氧化矽含量在20.0%以上時:每含1.0%鹽酸溶性氧化矽量計,其鎳含量(以Ni表示)不得超過0.01%,鉻含量(以Cr表示)不得超過0.1%,鈦含量(以Ti表示)不得超過0.04%。但鎳之最高含量不得超過0.4%,鉻之最高含量不得超過4.0%,鈦之最高含量不得超過1.5%。

3.2.2鹽酸溶性氧化矽含量在10.0%以上至未滿20.0%時:鎳(以Ni表示)之最高含量不得超過0.2%,鉻(以Cr表示)之最高含量不得超過2.0%,鈦(以Ti表示) 之最高含量不得超過1.0%。 

3.3.限制事項:就鹽酸溶性氧化矽含量別,符合下列規定。

3.3.1.鹽酸溶性氧化矽含量在20.0%以上時:本品須全部通過CNS 386試驗篩2.0mm網目,除水淬熔渣外,並應有60﹪以上通過0.6 mm網目。 

3.3.2.本品鹽酸溶性氧化矽含量在10.0%以上至未20.0%時:本品須全部通過CNS 386試驗篩2.0mm網目,並應含有鹽酸溶性氧化鈣40.0%以上。 

矽質肥料的肥效:主要推薦在水稻和麥類的栽培施肥

(一)矽質肥料的直接效果:

1.矽酸的效果:

  在矽酸天然供給能力低的沖積砂質土壤中,矽酸施肥的肥效就很顯著。

2.鈣的效果:

  如果矽質肥料中含有矽酸成分和鈣的成分,則會顯現矽和鈣的綜合效果,例如麥類偏好鈣也喜好矽,所以施用此種肥料的效果好。

3.鎂的效果:

  如果矽質肥料中也含有鎂的成分,則會現現顯現矽和鎂的綜合效果。

4.錳的效果:

  在缺錳的土壤施用含有錳的矽質肥料則會有矽和錳的綜合效果。如果在錳過剩的水田土壤施用不含錳的矽質肥料,則可減輕錳過剩的障害,對水稻生長有益。

(二) 矽質肥料的間接效果:

1.中和土壤的酸性:

  土壤經過長期的耕作大都會使土壤酸性化,施用石灰材料矯正土壤酸性是一般的方法。但是在水稻栽培上,既要矯正土壤酸性又要供應矽酸,則含有高鹼度的矽質肥料就能展現效果。在酸性土壤 ,若石灰石粉之中和力如為100,則矽酸爐渣之中和力為50-70。

2.增加磷肥的肥效:

  土壤中的鐵和鋁的氧化物對磷肥的固定力很強,此情形在酸性紅壤中特別顯著。由於矽酸可以佔據鐵鋁氧化物上的固定位置,也可以用交換方式將被固定的磷酸交換出來,因此施用矽質肥料可以增加磷肥的肥效。

3.防止肥料成分流失:

  矽質肥料的矽酸成分進入土壤溶液中即成膠體狀態,因此可以吸附陽離子的肥料成分,減低其流失的機會,此情形在砂質土壤中特別顯著。

4.施用含有氧化鈣和氧化鎂鹼性成分的矽質肥料可中和土壤酸性,有效提高表底土pH,降低土壤溶液中鋁、錳及氫離子之活性,減少其對對農作物所造成之毒害。

5.增加作物對病蟲害的抵抗力:

  禾本科植物,例如水稻,吸收矽酸之後會經由木質部將其運送到莖和葉的表皮細胞上,再以二氧化矽的形態沉積下來。莖和葉的表皮細胞上的二氧化矽薄層除了可以限制水分蒸發損失之外,在物理機制上形成了一層阻止真菌菌絲入侵細胞的防護牆,另外也因為莖葉表面堅硬粗糙讓昆蟲不喜歡咬食,因而間接增加作物對病蟲害的抵抗力。雙子葉植物則未見二氧化矽沉積在表皮細胞上的現象。

矽質肥料的應用

(一)酸性稻田連用矽酸爐渣

  本省酸性水稻田根據土壤肥力分析結果推薦矽酸爐渣用量,土壤有效氧化矽濃度低於40ppm者,推薦每公頃3000公斤,40-90ppm者施用1500-2000公斤,於基肥時施用及拌入土中。施 用矽酸爐渣可提高土壤中之pH、有效性矽酸、 交換性鈣、鎂之含量,並可降低有毒性之鋁、錳 離子,同時增加水稻對主要病害如稻熱病、紋 枯病及胡麻葉枯病之抗病能力 。

(二)可溶性矽在雙子葉植物病害防治上的應用

  施用可溶性矽除可降低單子葉植物病害外,亦可降低雙子葉植物病害 之發生。目前雙子葉植物在病害防治上,常用的可溶性矽為矽酸鉀(potassium silicate)及矽酸鈉 (sodium silicate)等;其施用方式係將矽加入水耕液中,使植物由根部吸收進入植物體,或以葉片噴灑方式施用。胡瓜水耕液中添加100ppm矽可防治白粉病及Pythium病源菌引起之病害。葡萄葉片噴1000ppm的矽可降低葡萄白粉病發生。矽除了可防治上述之病害外,在其它病害如洋香瓜、南瓜與玫瑰之白粉病及胡瓜萎凋病(Fusarium wilt)、莖腐病等也有效。

應用矽酸爐渣防治植物病害的一個案例:S-H混合物

  民國69年,中興大學孫守恭教授(S)與黃振文教授(H)首先成功的發展出一種合成土壤添加物,命名為S-H混合物。S-H混合物在台灣各地從事田間試驗,結果顯示其對十字花科蔬菜如蘿蔔、芥菜之黃葉病,青江白菜、芥菜根瘤病,西瓜蔓割病,扁蒲嫁接西瓜的苗期猝倒病,芹菜黃葉病,菜豆立枯病,甜椒白絹病與薑軟腐病等作物根部病害具有防治和增產的效果,同時尚可促進草莓、小白菜、甘藍菜及菊花的生長。

  此外,S-H混合物亦被曾應用於防治碗豆萎凋病,胡瓜猝倒病與疫病及番茄青枯病等,效果均相當顯著。本配方係由農業及工業副產物,再加三種肥料混合而成,其組成份包含甘蔗渣4.40%、稻殼8.40%、蚵殼粉4.25%、尿素8.25%、硝酸鉀1.04%、過磷酸鈣13.16%及礦灰(矽酸爐渣)60.5%。

S-H混合物防治西瓜蔓割病的機制是:

1.無機鹽類可直接抑制病原菌,並可中和土壤酸鹼度,提高土壤pH值。

2.有機物和礦物營養素可讓微生物繁殖,增加土壤中有益微生物的密度,進而抑制或瓦解病原菌。

3.含豐富的營養及多種微量元素,可補充作物生長所需,增加作物根系的發育,增強作物抗病力。

4.除此外,S-H混合物由於配方中含有尿素可釋放氨氣,可以有效的抑制甜椒白絹病菌菌核的發芽及防治胡瓜猝倒病的發生。

5.另外,由於亦含有鈣鹽及提高土壤pH值,所以可以防治十字花科蔬菜根瘤病。

  本公司新竹廠當時曾受委託製造S-H混合物,農民反應相當好,後來孫和黃兩位教授將專利權轉讓給民間公司而終止此項委託製造業務。

矽質肥料的將來性

  世界人口增加必伴隨食糧增產的需求,因此也會提高肥料增產的必要性。由於天然資源越來越有限,而隨著生活品質提升,火力發電所副生的飛灰和鋼鐵生產所副生的鹼性爐渣必然也跟著增加。由於土壤長期連續施用肥料,強求其生產食糧供應人口增長所需,導致土壤酸性化的問題日益嚴重。飛灰含有矽酸成分和營養元素,鹼性爐渣含有矽酸成分和鈣、鎂等成分,依據上述的介紹,其等對土壤酸鹼度之矯正、作物的矽營養之供應和病蟲害之天然防治等方面都有正面貢獻,所以將來如何有效推進利用這些矽質資源應該要加強規劃。


回目錄頁 |