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最近中科有一件令人矚目的要聞,友達晶材投入生產矽肥,跨足農業領域。其實這跟友達晶材生產單晶矽太陽能板有關,主要為充份利用生產過程中產生的副產品,同時滿足農業生產的市場需求!矽元素究竟為何物?竟能吸引科技大廠涉足其間。對農業生產又能帶來什麼樣的改變? 

■文.圖/楊順發



眾所週知氮磷鉀是植物生長必需的三大養分,而在1840年,德國化學家也把矽列為與氮磷鉀一樣重要的元素。更早的1804年,De Saussure就發現植物中含有矽,此後植物能從土壤中吸收矽的習性逐漸獲得了早期植物學的公認。英國洛桑肥料試驗站亦證明,矽具有活化天然磷的作用。但早先時期矽在《植物營養學》書中僅歸為植物有益元素,且是水稻等禾本科作物的必需營養元素。近期才被視為矽肥,與氮、磷、鉀肥,等同受到重視。

 

植物營養中的「硬漢」

矽在土壤中主要以單矽酸(H4SiO4)即Si(OH)4的形態存在,大多存在於土體和土壤溶液中,或被吸附在土壤膠體表面。存在量的多寡會受氣候條件、土壤pH值、成土母質、土壤粘粒、施用有機肥、土壤水分及土壤溫度等因素的影響。

目前已知栽培作物的含矽量可分為三類:一是含矽量很高的植物,如水稻,在5%∼20%,;二是含矽量中等的植物,如小麥、大麥、燕麥等,在2%∼4%,;三是含矽量很低的植物,在1%以下,如豆科植物和雙子葉植物。據針對包括豆科、穀類等22種植物的深入研究顯示,植物含矽量的順序是穀類作物>牧草>蔬菜>果樹>豆科。除了上述植物物種差異以外,植物體內矽的含量還受植物的部位、生育期、栽培方式、環境條件等多種因素的影響。

植物營養中的矽元素被稱為「硬漢」!承晉化工董事長謝春美指出,矽元素最初大多運用在水稻種植上,以提升稻株的健康狀態,提高稻株抗病蟲害的能力。此外,曾有農民對照兩組使用矽元素和未使用矽元素的稻米田,結果發現使用矽元素的水稻較不易倒伏及掉穀,稻穀也長得比較飽滿,風味亦更佳!



矽元素除了能使作物擁有抗病性、抗蟲性,還具有抗旱性、抗弱光性、抗重金屬毒害、抗紫外線傷害等等。然而,健康的土壤裡才含有足量的矽供植物吸收,大多數的農地土壤因過度耕作,或過度使用化肥導致土壤酸化/鹽化,致使土壤的微量元素失衡,農民耕作時不得不施用各種營養素的肥料,其中包括了矽元素。專家指出,矽肥是一種很好的植物調節性肥料/保健肥料。目前市場上也有多種含矽的肥料,如水溶性矽肥、矽鎂肥、鈣鎂磷肥、矽鉀礦物肥料、含矽植物營養調理品等。

矽元素似乎被形容像植物的萬靈丹,真的有這麼強大嗎?其根據為何?首先就抗病能力及其機理來看,以水稻最常見的稻瘟病為例,從植物病理學研究證明了稻瘟病最易感染時期是新葉展開的最初幾天,過了這一時期(新葉展開4天後)即不再感染。施用矽元素可使新葉組織矽質化,有效地阻礙病菌侵入,使葉熱病發生顯著降低。另者,矽會沉積在乳突體、表皮層或受真菌侵染部位、傷口處的矽增加了植物細胞壁的機械強度,起到天然的「機械或物理屏障」作用。

此外,矽元素可促進作物根和葉片細胞壁對抗白粉病侵襲的局部防禦區的形成,誘導酚類物質沿細胞壁積累,破壞病原菌吸器的完整性,限制真菌孢子萌發、吸器形成和菌絲生長。矽元素更參與了寄主與病原菌作用的代謝過程,誘導作物過氧化物酶和多酚氧化酶活性的增加,與化合物聚合形成堅固的屏障,並形成木質素,誘發產生的植保素而增強植物對病原菌的抵抗能力。

也因為矽元素會增強作物細胞壁(矽化細胞壁)的物理特性及誘導作物產生毒素,含矽量較高的植物由於矽化結構體填充在由纖維素膠團組成的細胞壁孔隙中,故可增強葉片的機械強度,進而阻止昆蟲顎的撕裂作用或幼蟲刺入和抵禦各種外力的侵入。矽元素使植物機械組織細胞矽質化,表皮細胞的外側細胞壁中纖維素微團空隙被矽膠充滿為矽纖維膜,並與角質層形成角質、矽質雙層結構,使莖葉硬度增強,這也就是為何能幫助水稻避免倒伏的主因。

矽元素可以在水稻葉片及葉鞘表皮細胞上形成「角質-雙矽層」,這種結構亦可有效屏蔽水分或水氣滲透,保持細胞膜結構和功能的穩定性,使植物的凋萎減輕,蒸騰作用降低,保持細胞膜結構和功能的穩定性,以減少葉面水分消耗,降低呼吸速率,以及防止莖葉萎凋和下垂,從而增強抗旱性。在台灣冬季常見農作寒害,矽元素促進植物表皮細胞角質-矽質雙層的形成,增強了表皮的堅韌性,從而有利於提高植株的抗寒性。

 

克服重金屬殘留

至於矽元素如何抗土地鹽化?乃因矽元素有利於穩定受鹽威脅下的作物細胞膜之完整性和功能性,減輕鹽化對基粒超微結構的損傷,改善細胞的長寬比例,使細胞更趨向於圓形,同時減少鹽脅迫引起的畸形細胞,使細胞保持較旺盛的分裂和代謝能力,增強細胞的耐鹽性。此外,矽元素在參與作物代謝過程中,提高作物葉片酶活性,減少膜氧化帶來的傷害,維持膜的最佳流動性。

而紫外線輻射可以對作物生物大分子產生直接傷害,同時又激發植物體活性氧的產生而引起氧化傷害。作物類黃酮和其他酚類物質可以通過避免活性氧類物質的積累而減輕紫外輻射的傷害,因為這些化合物主要集中於葉片表皮細胞並具有較強的紫外線輻射吸收能力。矽元素在作物葉片表面的積累與酚類化合物的合成相關聯,可以誘導活體類黃酮及酚類物質的積累,提高酚類物質的含量,調節酚類物質的釋放速度,增加酚類物質代謝的酶活性,有效提高水稻葉片的抗紫外線能力。耐人尋味的是,矽元素又具有提升植物抗弱光能力,類胡蘿蔔素可提高光合電子傳遞量子效率,增強植物抵禦午間強光和高溫的能力,減輕光抑制程度,矽元素可增加植株的類胡蘿蔔素的生成。光照強度不足的地區和季節,可藉此解決若干困擾;經研究水稻、甘蔗、小麥、番茄、黃瓜、菸草等的光合作用,施用的矽元素可使植物對光能的利用率提高20-25%。

國內健康蔬果、農產品,十分重視重金屬的殘留問題,重金屬透過植物經食物鏈傳遞進入人體;矽元素在農業生產上也扮演重要角色,對保證食物質量和食品安全及人體健康意義重大。矽元素提高了土壤 pH值,促進了重金屬離子的沉澱及矽酸鹽複合物的形成,降低了土壤中活性重金屬離子的濃度及其流動性。ƒ矽與重金屬離子在植物根部的外層細胞壁共沉積,限制其從根部向莖部的運輸,降低了植株共質體中重金屬離子的濃度。

承晉化工董事長謝春美指出,矽元素還可以改善農作物果實的色、香、味等感官效果。國內農產品生產品質不斷提升,矽元素功不可沒。主要係因矽元素可以調節作物的不同階段對氮、磷、鉀等其他元素的營養需求,在其他元素施用過量時有抑制供給的作用。矽元素的調節作用可以在本質上改善作物的營養成分,使瓜果類的糖分和維生素、花生的脂肪、穀物的澱粉、小麥的蛋白質含量等明顯提高。

正由矽元素在農業生產上備受重視,市場需求量大,生產單晶矽太陽能板和模組的友達晶材,決定充份生產過程中產生的副產品,用來製作矽肥,鄭重推薦給農民使用。友達晶材矽肥標榜其產品特色─無色、無味,主要成份:水溶性氧化鉀 >19.2%、鹽酸溶性氧化矽>23.9%,符合混和鉀質肥料編號(3-10)檢測規範。

該公司深入進一步研究確認,矽肥在農業生產的許多方面扮演著重要作用,如前述的:1.可促進單子葉植物生長增加產量。2.促進其它微量元素的吸收。3.中和重金屬毒性。4.矽使植物長的更茂盛,莖葉挺直提高光合作用。5.能恢復土壤固有的肥力。6.可提高果樹品質,體積增大含糖量提高,較耐搬運存放。7.使植物產生矽化細胞,有效調節葉片氣孔開閉,提高抗旱耐寒的能力。8.矽在不同種類植物中均能有效地控制真菌與細菌所引起的疾病,諸如增加水稻對於稻熱病、稻瘟病、紋枯病、胡麻葉枯病、雲紋葉枯病、與小球菌核病的抵抗力,以及能減低黃瓜、大麥與小麥的白粉病,甘蔗的環斑病,豇豆的袢腄A百慕達草的葉斑病,聖奧古斯丁草與黑麥草之灰斑病等發生的機會。9.矽能提高植物對於俗稱「白蜘蛛」、「紅蜘蛛」或「二點葉蹣」等葉蹣類與蚜蟲蟲害的抵抗能力。

 

矽肥在不同作物上的表現

友達晶材甚至更明確標示出矽肥在不同作物上的表現。1.甘蔗:甘蔗產量和含糖量明顯提高。有施予矽肥的甘蔗園區之螟蟲發生率,比沒施矽肥之控制區的發生率低了許多。

2.小麥:分櫱增多、結實率高、千粒重增加、抗旱、抗倒伏能力提高80%以上,白粉病、鏽病、紋枯病、根腐病、蚜蟲、鑽心蟲等病蟲害明顯減少。

3.水稻:分櫱、結實率高、穗大粒多、抗旱、抗倒伏能力提高85%以上,促早熟,提高稻米質量,病蟲害發病率降低75%。稻瘟病、稻曲病、紋枯病、葉斑病、莖腐病、白葉枯病和爛根病、稻飛虱、二化螟、鑽心蟲、蚜蟲等病蟲害發生率明顯降低。

4.葡萄:果穗數增多,乾鮮重比增加,著色好、成熟早,霜霉病、白粉病、褐斑病、灰霉病、黑痘病、白腐病、蚜蟲、紅蜘蛛等病蟲害降低,質量和產量明顯提高。

5.草莓:果實增大果率增加、外觀鮮紅圓潤、有光澤,質量好,採收期提前7天,經濟價值提高,平均增產50~57%,並能大大提高草莓對各種病蟲害的抵抗能力,蚜蟲發生率下降75%,抗灰霉病率達到40%∼53%,對白粉病、病毒病等其它病害也均有一定抗性。

6.蔬菜:植株健壯、葉色濃綠、糖度高、耐運輸。

7.瓜類:瓜粗且直,生長健壯、皮薄、肉質脆甜、含糖量高,上市早,成色佳、口感好,病蟲害少,白粉病、枯萎病、葉斑病基本沒有,質量和產量都明顯提高。

8 .果樹:枝條粗壯,葉片增大且厚實、光合作用增強,綠葉期延長,減少落果、縮果、畸形果、裂果,防止卷葉、花葉、黃葉、斑點、落花、落葉等生理病害,著色提前3∼5天,成熟早,果實個大、色澤好、味甜、硬度高、耐儲運,品質大大提高。

9.香蕉:對香蕉植株的高度、莖粗均有促進作用,果長、果周長都明顯增加,果實病斑少、色澤好、質量好。(束頂病和葉斑病是香蕉園的重要病害,噴施矽肥可減輕該病的發生。施用矽肥的發病率比對照降低25∼50%。)。

10.花生:葉色深綠,根系發達,分枝多,果仁充實飽滿、空殼少、成仁率高、商品性好,增產效果一般在15%∼50%,葉斑病、枯萎病、莖腐病、根腐病、白絹病、蚜蟲、棉鈴蟲、紅蜘蛛等病蟲害明顯減少。

11.大豆:葉片大、結實多、抗倒伏、成熟早、病蟲害少,可使豆莢螟的危害明顯減輕。一般可增產15%左右。

12.芝麻:葉片上揚、生長旺盛、千粒重增加,抗倒伏與早衰,病蟲害少。

13.玉米:莖稈粗壯,株高降低,抗倒伏能力提高80%以上,葉面積增加,抗逆能力增強,玉米穗大、籽粒飽滿、禿尖減少,結實率提高,增產10%∼23%以上,粗縮病、莖基腐病、青枯病以及蚜蟲、玉米螟(鑽心蟲)等病蟲害發生率大幅減少。

14.棉花:根系發達、莖稈粗壯、分櫱多、葉片肥大、現蕾早、坐蕾多、伏棉桃增加、蕾鈴脫落少、成鈴率高、耐旱澇,枯黃萎病、根腐病、立枯病和盲椿象、蚜蟲、紅蜘蛛、棉鈴蟲等病蟲害明顯減少。一代、二代棉鈴蟲基本不用施打農藥。

儘管矽元素對植物的幫助非常大,也非常重要,但也有它的缺失。由於矽元素是個「不愛動分子」,可以持久保持肥效,但也正是它的「不愛動」,即使把矽肥施於作物根部周圍,也不容易進入根圈。因此,需要根據作物和土壤選擇不同的施肥方式,且必需精準應用才能發揮其價值,過與不及都不好。



精準施用功效更佳

矽肥施用也有「臨界值」研究顯示,適量施矽可顯著促進番茄生長,以1.2 mmol/L矽濃度處理效果較好,如進一步提高矽濃度至1.8 mmol/L,反而抑制番茄生長。土壤供矽能力是決定是否施用矽肥的重要依據。土壤缺矽程度越大,施肥增產的效果越好,應根據不同地塊土壤有效矽的含量與矽肥水溶態矽的含量確定矽肥施用量。嚴重缺矽的土壤可適量多施,而輕度缺矽的土壤應少施。

矽肥與氮磷鉀等元素一起施用,可起協同作用。研究發現氮、矽肥配施水稻有效穗數、產量、植株氮、磷、鉀、矽養分含量增幅均高於氮肥和矽肥單施。主要原因可能是施矽可促進水稻對氮素的吸收,改善植株營養狀況,提高地上部分物質積累量,從而增產。因此,建議噴施含矽葉面肥時,若補施氮肥或者沖施含矽的大量元素水溶肥效果更佳。

找準確時機施用可達「雪中送炭」功效。作物對各種元素的吸收和需求都有一個「營養臨界期」和「營養最大效率期」。其中「營養臨界期」一般在苗期,這個時期需要養分量較低,但缺乏的話又會嚴重阻礙作物生長;而「營養最大效率期」一般是作物生長最旺盛的時期,對養分的需求量和吸收最多,如能及時滿足作物養分需求,其增產效果將非常顯著。作物對矽元素的需求也遵循這個規律,例如在水稻生產中應在水稻孕穗之前施用。因此農民要精準找到作物對矽的需求關鍵時期,及時施用矽肥,方可達到低用量、高效率的效果。