硅 "这个名称经常被用作农业、水产养殖业以及人类和动物膳食补充剂中许多不同硅化合物的符号（pars pro toto）。硅本身是一种化学元素，符号为 Si，原子序数为 14。

对硅重要性的认识是建立在大量研究成果的基础上的，这些成果显示了硅的许多有益作用，最近的综述中也提到了这些作用（1；2）：

1. 由于根系数量增加，生长得到改善，生物量增加。
2. 增加营养吸收，如钙、磷、钾和锌。
3. 增加叶绿素含量和光合作用。
4. 增加强度和刚度，使植物更能抵御风/暴风雨等物理压力，降低茎杆弯曲或折断的风险。
5. 提高耐旱性和耐热性。
6. 减少其他非生物压力。
7. 增强抗病虫害能力，减少对保护性化学品的需求。
8. 提高质量，延长保质期。
9. 改善土壤结构。

硅对 "地球生命 "的重要性

硅在地球生命中发挥着重要作用：生物硅化，即形成由二氧化硅组成的生物结构，并广泛分布于真核生物中。

例如：硅藻。水道和海洋中的这些微型藻类是地球生物量的重要组成部分。硅藻是重要的二氧化碳吸收汇_， 吸收大气中约 35% 的二氧化碳，同时产生地球上 20% 以上的氧气和海洋中近一半的有机物质。

硅藻的生长需要硅：硅藻的细胞壁（称为壳粒）是由从水中吸收的单硅酸（MSA）：Si(OH₎₄或_H4SiO4）构成的，这是唯一可被生物利用的硅化合物。没有硅，就没有硅藻，这将给地球生命带来灾难性的后果。

将 MSA 吸收到细胞内部是一个由膜蛋白 SIT 促进的主动过程。之所以需要这种主动运输，是因为所有水体系统中的 MSA 浓度都很低（3；4）。当添加额外的 MSA 时，硅藻会大量繁殖，从而提高虾（5）和鱼（6）的产量。研究还表明，海洋水系中的 MSA 限制会促进病毒感染和硅藻（包括褐藻）的死亡（7）。

几乎所有其他水生生物，如海藻、池塘草（Potamogeton）和水绵（Myriophyllum）都含有不同程度的硅。海藻和水生植物积累硅的能力一直受到包括农业和生物技术在内的各个领域的关注，因为它对植物生长、压力耐受性和水生生态系统中的生态相互作用都有影响。水生植物对硅的吸收不仅是全球生物地球化学硅循环中一个重要的瞬时硅汇，而且对水生生态系统的碳周转也很重要（8）。

硅化合物和硅酸

硅（Si）是地球上含量第二高的元素（28%），主要以二氧化硅（二氧化硅：_SiO2）的形式存在于石英中，并与其他矿物结合在一起。与碳（0.02%）相比，硅的含量几乎高出 1400 倍。土壤中的硅分为固相、吸附相和液相三类 (9)。

硅主要存在于固相部分，天然存在于石英、长石、云母和粘土等矿物中。硅的吸附和液相部分由硅酸盐和（多）硅酸组成，从中可释放出单硅酸/正硅酸（MSA），这是植物中唯一可利用的硅化合物。

甲基硅酸的另一个来源是植物和树木残骸中的有机硅化合物、植金石中的生物硅。由于分解过程，甲基硅酸可通过风化和溶解逐渐释放到土壤中。

与其他溶解离子相比，单硅酸的浓度很低。单硅酸非常不稳定，因为它很容易聚合成低聚物、多硅酸，最终变成无定形二氧化硅（_SiO2）。由于这种不稳定性，土壤中的硅酸浓度很低，往往过低，无法达到植物的最佳生长状态，导致植物缺硅（10）。

In native soils the concentration of MSA is higher compared to agricultural soil soils, ranging from < 0.1 to 0.6 mM / 2 to 18 ppm (11).

多硅酸会影响土壤的物理特性；它们可以与土壤颗粒连接，从而提高土壤的聚合力和持水能力，这在干旱情况下是有益的。

施硅肥可以增加土壤交换能力，提高土壤的容水量，还能产生其他有益的效果。所有这些效果都是由于添加硅酸盐（硅肥）和/或形成新的粘土矿物后，土壤中的矿物成分发生了变化，而粘土矿物具有很高的生物地球化学活性。它们具有较大的表面积，可以吸附水、磷酸盐、钾（K）、氮（N）、铝（Al）和重金属（12）。

植物对单硅酸的吸收、分布和硅含量

Monosilicic acid is absorbed by plant roots through passive diffusion or active transport. In the case of passive uptake, the silicon content in the plant is lower compared to plants with an active uptake. In most monocots, such as rice, MSA is absorbed by an active transport facilitated by membrane transporters, like the uptake of MSA in diatoms. In other plant species (mostly dicots), the uptake is the result of diffusion leading to a lower Si content of dicots. Based on the Si content, plants are classified as a) high accumulating plants (like rice, wheat, barley, bamboo, horsetail, and sugarcane) with 1-10 % dry weight Si (= 10 to 100 g kg¹); b) intermediate accumulators with 0.5-1% Si; c) low accumulators < 0.5 % Si (13).

硅的含量和可用性因多种因素而异，包括土壤中硅的可用性、植物种类和栽培品种、生长条件和农业生产方式，包括使用对土壤溶液中的 MSA 浓度有负面影响的 NPK 肥料和植物检疫产品。

一旦进入木质部，MSA 就会在木质部中向上移动，并分布到根、茎、分蘖、叶片和生殖结构中。在这里，硅酸沉淀为（无定形）二氧化硅。这些沉淀物被称为植金石，可复制细胞结构，提供结构支撑和强度，使植物（尤其是单子叶植物）更能抵御风/暴风雨等物理压力，防止倒伏。由于强度增加，植物也不易受真菌感染等疾病和虫害的影响。此外，硅还能增强对干旱、高温和金属毒性等其他非生物胁迫的耐受性。

总之，植物组织中硅的存在有助于增强植物的韧性和抗逆性。

硅肥和施用类型

农业生产和长期施用传统的氮磷钾化肥会消耗土壤中的硅含量。如果农作物，尤其是高硅积累的植物，如水稻、甘蔗、禾本科植物，在不补充硅的情况下持续生长，土壤中的澳门美高梅唯一网址浓度将进一步消耗。

如果施氮过量，特别是施用铵基肥料，土壤的酸度就会增加。酸性条件会减少 MSA 从其他硅化合物中的释放，从而进一步减少植物对其的吸收。

因此，使用硅肥是有道理的，它不仅适用于硅积累型作物（14），其他作物也会从中受益。

这些硅肥应符合几个标准：相关的硅含量、合适的物理特性、可用性、成本效益以及不含污染物质/重金属 (2)。

固体硅化合物

硅源，如硅酸钙（矿渣）、硅酸钾、硅酸钠、石英砂、稻壳灰、硅藻土、无定形二氧化硅和生物炭等，硅含量较高，但几乎无法从植物中获取。尽管如此，当施用量较大时（0.5-4 吨/公顷），也会因土壤改良特性而产生积极效果。由于施用量大，尽管转化成 MSA 的比率（非常）低，但仍可获得相关数量的 MSA。

液态硅化合物

液体硅肥可分为：(1) 硅酸盐；(2) 稳定硅酸；(3) 纳米二氧化硅颗粒 (15)。

在过去 30 年中，人们使用了液体硅酸盐，如硅酸纳、硅酸钾、硅酸钙和硅藻土（DE）。施用硅酸盐喷雾剂可降低感染率，而施用硅藻土喷雾剂（通常与土壤施用硅藻土相结合）对生长和产量有积极影响，但对病虫害发生率等生物胁迫无明显影响（16）。液体（稳定）硅酸（MSA 和低聚物）从 2003 年开始使用。由于是叶面喷施，所需用量较少（2-3 升/公顷/作物周期），这也是因为它几乎是纯净的 MSA。稳定的 MSA 也可以通过水培和淋洗的方式施用（17）。液态 MSA 可诱导更大的根系，从而提高养分吸收能力，增加生长参数，提高产量和质量。此外，MSA 喷雾剂还能减少非生物和生物压力。

近十年来，纳米二氧化硅颗粒也开始面世。纳米颗粒是 1 到 100 纳米的小颗粒，与大块材料相比，具有更强的物理化学特性（18）。喷洒纳米二氧化硅颗粒还能对生长和产量、非生物胁迫产生积极影响，并能降低感染率。至于最终效果如何，还需要进一步研究。