硅元素对茶树生长的影响

梅建平 吴东涛 周杨 叶正钱

摘要 硅作为一种有益微量元素，在茶叶生长发育过程中发挥着重要的作用。本文对茶叶中硅的作用与含量、硅吸收形态以及茶园土壤中硅的含量、存在形式及其影响等多个方面进行总结，为硅元素在茶树生产中的应用提供参考。

关键词 硅；有效硅；土壤；茶树

中图分类号 S571.1；Q945.14 文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2024）03-0028-04

硅是植物的有益元素之一，是植物细胞壁的重要组成成分之一，参与植物碳水化合物的合成与转运，对植物光合作用和蒸腾作用具有重要影响。同时，硅与人體健康密切相关，其是人体中含量较多的必需微量元素之一，具有一定的维护心血管正常功能和抗衰老效果等。茶叶中含有人体必需的大部分矿质元素，如钙、磷、钾、镁、钠、锰、铁、硅、铜、锌和硒等。其中硅是一种具有生物活性的有益微量元素，它在人体中参与骨骼的钙化过程，有利于结缔组织细胞形成细胞外的软骨基质，维护心血管功能，具有一定的抗衰老功效等。此外，硅还可以影响其他矿质元素的吸收、保留和利用（如铝、铜、镁）。本文对现阶段茶叶中硅的作用与含量、硅吸收形态，茶园土壤中硅的含量、存在形式及其影响等进行总结，为硅元素在茶树生产中的应用提供参考。

1 土壤中硅含量及其影响因素

土壤中硅主要以矿物态、水溶态和胶体态3种形态存在于土壤溶液中或被吸附在土壤胶体表面，其含量因土壤类型不同而存在差异。其中，矿物态硅一般不易分化和溶解，无法被植物吸收利用；水溶态硅是溶于土壤溶液中的硅，较容易被植物吸收利用，活性硅一般较易溶解，是土壤中水溶态硅的重要组成部分。蔡阿瑜等对福建省主要土类进行布点采样，从179个样品中的土壤有效硅含量来看，该地区土壤有效硅含量平均值为80.5±17.2 mg/kg，其中80%的供测土样和83.7%的稻田土壤中，有效硅含量均在临界值以下，表明该地区土壤存在一定的缺硅现象。张冬明等采集了海南省18个市（县）中169个农田土壤表层样品，检测和分析了土壤全硅和有效硅含量，结果表明，该地区农田土壤有效硅含量为3.85～340.34 mg/kg，均值为63.9 mg/kg，部分处于中度缺硅状态。以往的研究往往针对稻田或农田中的土壤全硅和有效硅含量进行分析，而对脱硅富铝化过程强烈的亚热带茶园中硅的关键性作用研究较少。唐根年等对浙江省及其相邻地区茶主产地的土壤环境进行分析后发现，产茶地区的土壤大都含硅量较高，同时主要分布在以石英砂岩、花岗岩、流纹岩和凝灰岩发育的土壤中。刘超良等测定了信阳4个茶区土壤中微量元素的含量，其中SiO含量在579.9～674.0 g/kg。龚子同等认为优质茶土壤中SiO含量均在500～600 g/kg，有研究表明，大部分产名茶的土壤中含硅量均较高，一般在650～700 g/kg。冯娜娜从不同取样尺度下研究蒙顶山茶园土壤的主要肥力因子，在小尺度下土壤有效硅含量为42.33 mg/kg，属于严重缺硅土壤；微尺度下土壤有效硅含量为59.79 mg/kg，高于茶园土壤平均值，属于缺硅土壤。因而，土壤中的硅元素对于茶树生长和茶叶品质的影响具有积极作用。

影响茶园土壤中硅含量的因素有许多，主要取决于母岩的类型。研究表明，土壤中交换性硅含量受土壤pH和交换性铝含量的影响，随着土壤pH的升高，土壤交换性硅含量显著增加，相反，随着土壤交换性铝含量的增加，交换性硅含量显著下降。土壤pH升高可能通过限制土壤中可交换铝的含量而间接增加有效硅的含量，硅与可交换铝有较高的亲和力，并容易发生化学反应，硅铝盐在酸性环境中的沉淀减少了可交换硅的含量，因此在酸化的土壤中，施用生石灰可显著增加有效硅的含量。此外，磷可以与铁、铝之类的金属反应，减少有效硅与铁、铝等的作用而使硅含量增加，且磷酸盐会将硅酸盐从固相中转移到土壤溶液中，使其更容易被植物吸收利用。磷酸盐在酸性和中性土壤中的吸附高于硅酸盐，这间接增加了土壤溶液中硅的含量。Szulc等通过不同的施肥组合研究肥料对土壤有效硅含量的影响，结果表明，在NK组合中土壤有效硅的含量最低，在CaNPK+有机肥的组合中土壤有效硅含量最高；在所分析的肥料组合中，施生石灰对提高土壤有效硅含量的作用最好，而施氮肥降低了土壤有效硅含量，其原因是以较高的[NH]、[NO]比例施用氮会导致土壤pH降低，从而减少土壤有效硅的含量。Ma等发现硅转运蛋白在硅的吸收转运过程中发挥重要作用，硅转运蛋白的分布、数量和功能都会影响植物中硅的积累。土壤温度的升高，可以增加土壤有机质中硅的有效性、增加土壤中硅的有效性，进而影响硅的循环。高安妮等发现在夜间增温情况下适量施用硅肥有利于田间作物气孔开放，促进CO向叶绿体输送，提高叶片净光合速率，并促进细胞壁增厚，形成“角质－硅”双层结构，降低蒸腾速率，提高水分利用率，改善田间作物的生理特性，从而缓解夜间增温带来的不利影响。

2 茶树吸收硅元素的方式

土壤中硅以未分解的二氧化硅酸的形式被植物吸收，并通过木质部以相同的形式进行转移。近年来，相关研究在植物根管外和内皮层中发现了若干硅转运蛋白。大部分硅以几乎不溶解于植物体的形式存在于植物中，单子叶植物对土壤中硅的吸收能力较强，尤其是草本植物和水稻。在植物组织中，硅通常与氢键结合形成硅-有机复合物，还参与细胞壁中多糖、木质素和蛋白质等成分的合成，其能够增强植物组织韧性，减少水分蒸发和真菌感染。硅对粮食作物（水稻、小麦和玉米等）和水果（草莓、苹果和葡萄）的产量、构成因素和品质具有显著提升作用。黄航探究在常规施肥情况下施用矿物硅对旱稻906产量及干物质积累量的影响，结果表明，当尿素、过磷酸钙、氯化钾和矿物硅肥施用量分别为160、75、75和45 kg/hm时有利用提高水稻产量和干物质积累量。蒋亚等以宜优1611水稻品种作为供试材料，采取田间试验方法在常规配方肥的基础上施用硅肥，结果表明，在配方施肥基础上增施硅肥能够有效提高土壤全氮和阳离子交换量，促进水稻产量提高，当硅肥用量为480 kg/hm时作用效果最好。

作为采摘新鲜叶片的经济作物，茶树对土壤硅的吸收和转运与一般作物有所不同。茶树是以溶解态单硅酸[Si（OH）]的形式从土壤中吸收溶解态硅，并通过木质部导管随着蒸腾作用输送到茶树各个器官中形成生物硅，当茶树凋落物回到土壤中，硅经过微生物的分解返还给土壤。积累在茶叶表皮细胞中的二氧化硅是不可移动的，因此无法转移到新发育的叶片中，植物吸收的90%的二氧化硅转化为植物纤维素结构中的无定形二氧化硅。茶树对硅的吸收不僅可以通过根系从土壤中进行获取，叶片也是其重要器官。杨淑清等采取室内盆栽和田间试验相结合的方式，通过在茶树生长过程中叶面喷施7种浓度的硅酸钠溶液后发现，500 mg/L的硅肥能够明显促进茶苗生长，且硅主要积累在茶苗根部和成熟叶片中，此外在夏茶采摘前进行喷施有利于提高夏茶的品质和产量。

3 茶叶中硅的含量

茶叶中硅元素测定技术包括火焰原子吸收光谱法（FAAS）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）。对于总含量的测定，通常使用干灰化法、常规湿式酸消化法和其他方法（如紫外线、光解辅助消解和浆液取样）制备样品。常用的硅元素检测方法是电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES），不同地区茶叶中的硅含量存在一定差异。Robberecht等对市售的各种食品中的元素含量进行测定发现，茶叶中的硅含量为134.00～152.00 mg/kg，人体平均硅摄入量为18.60～27.10 mg/d，饮用茶叶虽然会摄入一部分硅，但人体硅摄入的主要食物来源是高纤维含量的未精制谷物、谷物制品和根茎类蔬菜。Giammarioli等对矿泉水中硅含量与食品中的硅含量数据进行分析后发现，茶叶中平均硅含量为163.00 mg/kg。吕海鹏等采用ICP-OES测定普洱茶和晒青毛茶中硅的含量，结果表明，普洱茶和晒青毛茶中硅的含量分别为173.78、148.36 mg/kg。Ye等通过ICP-OES法检测了福建省福鼎市、政和县和建阳市白茶中硅平均含量，分别为91.82、127.80和91.72 mg/kg。云南金花茶含有丰富的微量元素，不同部位含量有一定的差别，硅在嫩叶中含量最高（3.30 g/kg），其次是花（1.91 g/kg）和老叶（1.07 g/kg）。Liu等测定了5个不同年份普洱茶中矿质元素的含量，其中硅在2014—2018年的平均含量分别为1.15、1.13、1.19、1.09和1.17 g/kg。茶叶中的硅含量与土壤中硅含量、种植方式和加工等因素有关，主要受土壤中硅含量的影响。

4 硅对茶树生长及茶叶品质的影响

硅可以减轻农业中重金属污染的危害，被认为是植物抵抗生物和非生物胁迫的关键元素。孙山等对平邑甜茶进行硅处理发现，硅具有缓解干旱胁迫对光系统I（PSI）的伤害程度，促进PSI环式电子传递，提高其抗旱性。根据Dong等的研究，施用硅肥可以通过降低植物对镉的吸收、提高土壤pH和镉固定来缓解植物的镉毒性。硅还可以降低田间作物中可食用部分的镉和砷含量，提高可食用部分的硅含量。茶园土壤中施用硅肥和叶面施用有机硅肥均有利于提高茶叶中氨基酸和可溶性糖的含量，降低茶多酚和咖啡碱的含量。

硅可以促进茶树光合作用，为茶树体内茶氨酸、可溶性糖等有机物的合成提供充足的碳源和能量。林珊等通过在早春对福鼎大毫茶喷施叶面硅肥，发现硅肥施用后春茶发芽密度增加8.58%～15.24%，百芽重增加10.02%～18.86%，鲜叶产量增加12.59%～18.46%，同时茶叶品质内含物质含量显著增加。黄湘源等通过试验证明硅可以提高土壤有效氮、钾的供给能力，氮可以为茶叶中茶氨酸的合成提供氮源，钾参与茶氨酸从根到地上部分的运输，促进光合作用，磷可以为茶氨酸的合成提供ATP。施用硅肥可以提高茶叶中的氨基酸含量，有利于茶叶品质的形成。硅对植株吸收磷有抑制作用，磷能促进光合作用，提高糖的含量，而多酚类物质是由糖转化而来的，因此缺磷会影响糖向多酚类物质转化，这可能是施硅降低茶多酚含量的原因。

5 结语

目前，有关茶树吸收硅元素的含量、作用方式等方面的研究取得了初步成果，但是硅肥在提升茶叶品质及茶叶品质调控的作用机理方面还不够明确。因此，硅营养如何提升茶叶品质和硅在茶树抗逆方面的调控机理还须进一步研究。同时，基于不同土壤类型及土壤有效硅含量开展茶叶产区土壤有效硅的调查研究也有待开展。

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（责编：李 媛）

基金项目 浙江省“领雁”研发攻关计划项目“非粮化耕地障碍因子消减及快速复耕技术-非粮化耕地复耕培肥提质关键技术研发及推广示范”（2022C02022）。

作者简介 梅建平（1980—），女，浙江缙云人，农艺师，从事农业技术推广工作。

通信作者 叶正钱（1965—），男，浙江杭州人，博士，教授，从事耕地质量提升与植物营养调控研究。

收稿日期 2023-12-09