叶面施硅对甜菜叶片作为饲草来源产量的影响

《Agriculture》：Can Foliar Silicon Application Increase Sugar Beet Leaf Yield as a Forage Source?

　　

欧洲甜菜生产盈利能力的下降提高了人们对叶片等副产物替代用途的关注。气候变化同时加剧了肉牛饲草生产的制约因素，而甜菜叶片可能提供一种宝贵的饲料资源。一项在波兰东南部开展的三年田间试验评估了在六叶期（BBCH 16）、7天或14天后，以标准剂量或双倍产品剂量单次叶面施用三种硅形态——硅酸钙（calcium silicate，CS）、偏硅酸钠（sodium metasilicate，SM）和微粉化二氧化硅（micronized silica，MS）——对甜菜叶片鲜物质（fresh matter，FM）和干物质（dry matter，DM）产量的影响。叶片FM产量显著受年份、硅形态、年份×硅形态互作以及年份×硅形态×施用时期互作的影响。叶片DM产量还额外受年份×硅形态×剂量互作的影响。在供试产品中，CS在年份和施用处理间平均产生了最高的总体叶片FM和DM产量。这些结果量化了供试条件下不同产品在甜菜叶片生物量上的差异。显著的互作效应限制了跨年份的推广；在提出实用饲草推荐之前，需评估饲用价值和全作物盈利能力。

一、研究背景与问题

欧洲甜菜生产盈利能力持续下降，2026/2027年榨季波兰种植者获得的根收购价约为每吨28至32欧元，未能覆盖约每吨39欧元的估算生产成本。这一经济压力推动了对叶片等副产物替代用途的探索。与此同时，气候变化加剧了肉牛饲草生产的资源约束，而清洁收获的健康甜菜叶片被描述为富含蛋白质、养分消化率高的饲料资源。历史估算表明，每公顷40吨甜菜叶片制成的青贮相当于12.3吨玉米青贮，可支持约630公斤肉牛增重。然而，收获和搬运过程中附着于叶片的土壤污染会限制青贮品质，且保存处理方式影响青贮质量和消化率。已有研究表明硅在水分限制条件下可改善甜菜根系和冠层生长、提高水分生产力和干旱韧性，但不同研究中施用途径、产品组成和生长条件的差异限制了结果间的直接外推。在此背景下，研究人员提出假设：甜菜叶片鲜物质和干物质产量会受到硅形态、单次叶面施用时期和产品剂量的显著影响，并开展了为期三年的田间试验以比较供试条件下的叶片生物量响应。

二、研究设计与主要结论

研究在波兰Sahryń（50°40′42″ N，23°47′35″ E）的钙积黑钙土上进行，试验年份为2017至2019年，前茬作物为冬油菜。试验采用随机完全区组设计，四次重复，设三个试验因素：硅形态（A）、施用时期（B）和产品剂量（C）。供试产品包括硅酸钙（CS，Barrier Si-Ca，Si 158 g dm^?3；Ca 207 g dm^?3）、偏硅酸钠（SM，ProHorti Si Max，Si 58 g dm^?3；含N 62 g dm^?3、P 16 g dm^?3、K 71 g dm^?3及源自海藻Ecklonia maxima的植物激素、多糖、维生素、氨基酸和多酚）和微粉化二氧化硅（MS，TopSi，Si 99 g dm^?3；含N 9 g dm^?3、B 17 g dm^?3、Fe 28 g dm^?3、Ti 30 g dm^?3）。叶面处理在甜菜六叶期（BBCH 16）、7天后和14天后单次施用，每种产品设标准剂量和双倍剂量。以清水处理为对照。甜菜品种为Toleranza KWS，于2017年3月31日、2018年4月10日和2019年3月29日播种，行距45 × 18 cm，播深2.0–2.5 cm，分别于2017年10月11日、2018年10月6日和2019年9月27日收获。每个小区面积43.2 m²，取中间三行（21.6 m²）用于叶片收获。收获时计数植株、人工去顶并称量叶片鲜重，采集代表性整叶样品测定风干物质含量，叶片在实验室清洗后取100 g亚样品切碎，在不超过60 °C的强制通风条件下干燥。试验测定了收获时植株密度、叶片FM产量、叶根比、单株叶片FM、叶片DM含量、单株叶片DM和叶片DM产量共七项性状。

研究主要结论为：年份和硅形态以及年份×硅形态互作显著影响全部七项性状；施用时期和产品剂量无显著主效应。叶片FM产量以2018年最高、2019年最低；平均三年而言，所有硅形态均显著提高叶片FM产量，其中叶面施用CS增幅最大。CS处理的叶片FM产量均值为59.23 t ha^?1，DM产量均值为8.79 t ha^?1，分别较对照（46.67和6.96 t ha^?1）提高26.9%和26.3%。CS和MS显著提高单株叶片FM和单株叶片DM；所有硅形态均显著提高叶根比；SM显著降低叶片DM含量；所有硅形态均显著提高叶片DM产量，以CS增幅最大。施用时期和产品剂量对所有性状均无显著主效应，但年份×硅形态×施用时期互作显著影响叶片FM产量、叶片DM含量、叶片DM产量和单株叶片DM，年份×硅形态×剂量互作显著影响单株叶片FM、叶片DM含量、叶片DM产量和单株叶片DM，这些互作限制了从总体均值响应进行推广。

三、主要技术方法

研究采用的主要技术方法包括：多因素方差分析（analysis of variance，ANOVA），以年份为固定因素，检验各主效应及互作效应，并用Tukey诚实显著差异（honestly significant difference，HSD）检验在α = 0.05水平进行均值分离；通径分析（path analysis），通过标准化多元线性回归对产量构成进行描述性分解，分别按年份和硅形态拟合模型，以标准化偏回归系数作为直接通径系数，并计算预测变量间的Pearson相关系数；主成分分析（principal component analysis，PCA），对12个年份×硅形态组合的均值进行标准化后提取前两个主成分，以双标图可视化对象与性状间的关系。所有统计分析使用Statistica 13.3软件完成。试验土壤样品采自0–30 cm土层，由华沙-韦索瓦地区化学与农业站分析，测定pH（KCl）、有机碳、N–NO₃、N–NH₄及有效P、K、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn含量。

四、研究结果

年份、硅形态及年份×硅形态互作显著影响全部七项性状。施用时期和产品剂量无显著主效应。叶片DM含量还受年份×施用时期、硅形态×施用时期和硅形态×剂量互作影响。三因素互作中，年份×硅形态×施用时期显著影响叶片FM产量、叶片DM含量、叶片DM产量和单株叶片DM；年份×硅形态×剂量显著影响单株叶片FM、叶片DM含量、叶片DM产量和单株叶片DM；年份×施用时期×剂量显著影响收获时植株密度、单株叶片FM和单株叶片DM。

收获时植株密度在年份间差异显著，第一年最高、第二年最低。叶片FM产量以2018年最高、2019年最低；平均三年，所有硅形态均显著提高叶片FM产量，以CS增幅最大。单株叶片FM以2018年最高、2019年最低；CS和MS显著提高单株叶片FM。叶根比在2017和2018年显著高于2019年；所有硅形态均显著提高叶根比。叶片DM含量在2018和2019年显著高于2017年；SM显著降低叶片DM含量。叶片DM产量以2018年显著高于2017和2019年；所有硅形态均显著提高叶片DM产量，以CS增幅最大。单株叶片DM以2018年显著高于2017和2019年；CS和MS显著提高单株叶片DM。叶片DM含量变异性最低（CV = 4.92%），多数性状CV为24.44%–28.15%，植株密度（CV = 11.21%）和叶根比（CV = 16.16%）变异性较低。

通径分析表明，各年份两成分模型解释了叶片FM产量几乎全部变异（R² = 0.978–0.990），单株叶片FM的直接通径系数在各年均显著为正且明显大于植株密度，两预测变量间呈负相关，2017年最弱（r = ?0.228）、2018和2019年较强（r = ?0.485和?0.574）。按硅形态拟合时，单株叶片FM的直接系数以对照最高（1.276）、SM和MS最低（1.051和1.052）；植株密度系数以CS最高（0.657）、MS最低（0.371）；两预测变量在所有处理中均显著负相关，对照最强（r = ?0.667）、MS最弱（r = ?0.322）。叶片DM产量分解为单株叶片DM和植株密度时呈现相同模式，单株叶片DM系数（0.918–1.174）大于植株密度系数（0.468–0.571），模型解释97.9%–99.0%变异；2017年两预测变量相关性不显著（r = ?0.171），2018和2019年显著负相关。将叶片DM产量分解为叶片FM产量和叶片DM含量时，叶片FM产量的直接系数远大于DM含量且各年相近（0.924–0.960），DM含量系数2017年最低（0.159）、2018和2019年较高（0.275和0.271）；两预测变量仅在2017年显著正相关（r = 0.328）。三成分模型中，单株叶片FM的直接系数最大、植株密度次之、叶片DM含量最小；植株密度系数2019年（0.472）低于2017和2018年（0.568和0.566）；单株叶片FM和DM含量系数均以2017年较低。按硅形态拟合时，植株密度系数以CS最高（0.646）、MS最低（0.360）；单株叶片FM系数以对照最高（1.238），硅处理间相近（0.979–1.097）；DM含量系数以SM最高（0.234）、MS最低（0.146）。植株密度与单株叶片FM在所有处理中显著负相关；单株叶片FM与DM含量仅在对照中显著正相关（r = 0.313）；植株密度与DM含量在对照中显著负相关（r = ?0.533）、在SM下显著正相关（r = 0.233）。

主成分分析显示前两个主成分解释95.2%总变异，PC1占77.8%、PC2占17.4%。PC1与叶片FM和DM产量、单株叶片FM和DM及叶根比强正相关，PC2主要与叶片DM含量相关。CS和MS在2018年的PC1得分最高，SM和对照在2019年的PC1得分最低。平均三年，CS的叶片FM和DM产量及单株叶片FM和DM最高，MS的叶根比最高，SM的叶片DM含量最低。

五、讨论与结论总结

讨论部分指出，当前甜菜品种官方价值测定未将叶片产量列为评价标准，近年报道叶片产量的研究也较少。本研究中2018年6–7月降水量达292 mm，叶片产量最高；2017年同期为129 mm，产量略低；2019年仅为104 mm，产量最低，表明干旱胁迫是限制甜菜生产力的主要因素。出苗期及之后的天气条件可能影响成苗数和收获时植株密度。年份互作表明平均产品响应取决于该单点试验所代表的环境范围。研究假设仅得到部分支持：硅形态显著影响叶片FM和DM产量，而施用时期和产品剂量无显著主效应，但显著的年份相关互作排除了将各时期或剂量视为跨年份可互换的结论。CS在本试验条件下叶片产量最高，与玉米中报道的该硅形态增产效应一致；可能的机制涉及硅对水分关系、光合功能和胁迫代谢的影响，但本试验的叶片产量测定并未证实这些机制。供试产品提供的硅量不等且伴随成分不同，其差异不能归因于硅化学或吸收的特定作用。叶片生物量数量不能确定营养品质、消化率、适口性、饲喂安全性或动物性能，本试验未测定这些终点指标。仅为获取叶片而施用硅的经济优势尚未得到证实，需进行全作物评估，包括可回收叶片DM、施用和收集成本、运输与保存以及对根或糖收益的影响。结论部分指出，甜菜叶片FM和DM产量受硅形态影响，CS在本试验条件下增幅最大；施用时期和产品剂量对叶片产量无显著主效应；显著的年份互作限制了推广，非显著主效应不能证明各时期等效、较低剂量同样有效或可降低施用成本。由于试验仅在单一地点进行，研究结果应在不同土壤和气候条件下结合营养、经济和动物响应评估加以验证。研究结果为叶片生物量生产的进一步研究提供了基础，饲用价值和全作物盈利能力在提出商业推荐前仍有待确定。