一、引言

在全球农业发展进程中，不断探寻高效、环保且可持续的农业生产技术成为核心任务。硅氢宝作为一种极具创新性的固态储制氢新材料，正逐渐崭露头角，为健康农业领域带来新的活力与机遇。

氢气在动植物体上的应用已成为研究热点，其生物学效应在健康、医学和农业等产业取得了显著成果。在农业方面，氢气能够调节植物细胞基因的相对转录水平和激素代谢，增强植物抗氧化能力，提升生物活性化学物质浓度，改善营养质量，降低胁迫影响；硅元素可增强植物细胞壁结构，形成机械屏障，提升抗倒伏、抗病虫害能力；促进光合作用与养分吸收，优化作物生长效率；缓解干旱、盐碱等逆境胁迫，减少氧化损伤；与重金属结合钝化其活性，降低作物吸收量，从而提升农产品品质、安全性及耐储性。这些成果为硅氢宝在农业的应用奠定了坚实的理论基础。

硅氢宝主要由硅基矿物与特定催化剂经特殊工艺复合而成。其制氢原理基于硅基矿物在温和条件下与水发生化学反应，硅元素与水中氢离子置换，持续稳定释放氢气，这使得它具有硅与氢的协同优势，特别在农业现场应用中具有天然的优势，能够轻松融入现有的农业生产体系，为农业生产提供便捷的氢气来源。

随着消费者对绿色、高品质农产品的需求日益增长，以及农业可持续发展的迫切需要，硅氢宝凭借其独特的性能特点，在提升农产品质量与产量方面展现出巨大潜力，有望成为推动农业健康化进程的关键力量，其应用前景十分广阔。

图1山东木齐健康科技有限公司固态氢材料生产工厂

二、硅氢宝介绍

1、硅氢宝介绍

硅氢宝是一种以硅基矿物为主要成分并遇水释放氢气的新型功能氢肥，作为一款新型硅氢协同肥料，常用于农业领域以优化土壤、促进作物生长；改善土壤结构，增加土壤透气性。同时可提高农产品的抗逆性，增强作物的抗病虫害能力，减少重金属吸收。

硅氢宝的制氢原理基于其内部的合金元素与水发生化学反应。当硅氢宝与水接触时，其内的硅镁钙等合金成分会对水进行天然微电解。在这个过程中，镁（Mg）与水（H₂O）发生反应，其化学反应方程式为：

Mg + 2H₂O = Mg (OH)₂ + H₂↑。

镁原子失去电子，与水中的氢氧根离子结合生成氢氧化镁，而水中的氢离子得到电子，两两结合形成氢气分子释放出来。

同时，硅（Si）也会参与反应，反应方程式为：

Si + 2H₂O = SiO₂(H₂SiO₃) + 2H₂↑。

硅与水反应生成偏硅酸（H₂SiO₃）或二氧化硅（SiO₂）和氢气。这些反应在硅氢宝的微纳米通道内进行，使得产生的氢气能够通过这些通道缓慢、稳定地释放到周围水体中，从而为植物生长提供富含氢气的水环境。这种制氢方式具有持续性和稳定性，能够在较长时间内为农业应用提供充足的氢气供应。

2、硅氢宝的特性

（1）高效产氢

硅氢宝遇水后能够迅速启动产氢反应。在适宜的环境条件下，能够在短时间内使周围环境中的氢浓度快速上升，为农作物生长提供充足的氢源。尤为突出的是，稳定产氢速率，确保了氢气供应的长期性和稳定性。这种高效且稳定的产氢特性，使得农作物在整个生长周期内都能受益于氢气的积极作用，为农业生产带来了可靠的技术支持。

（2）水质改善

硅氢宝具有多方面的水质改善能力。它能使接触的水呈现弱碱性，pH 值稳定维持在 8.5 - 9.5 之间。这对于缓解土壤酸化问题具有重要意义，能够调节土壤及灌溉水的酸碱度，营造适宜农作物生长的土壤环境。同时，它可将普通水分子团聚体转化为小分子团水，O¹⁷半峰宽达到45Hz左右（复旦大学分析测试中心）。小分子团水具有更强的渗透性和植物吸收效率，能够更好地被农作物根系吸收利用，促进植物的水分代谢和养分运输。此外，硅氢宝赋予水负电位，ORP 值在 -200至-500mv之间，有助于清除水中及植物体内的自由基，增强作物的抗逆性，使农作物在面对各种环境胁迫时能够保持良好的生长状态。

（3）微量元素

硅氢宝在产氢过程中，会缓慢释放钙、镁、偏硅酸等多种对植物生长有益的微量元素。这些微量元素在植物的生理代谢过程中发挥着不可或缺的作用。例如，钙元素参与植物细胞壁的形成和稳定，增强植物的机械强度；镁元素是叶绿素的重要组成部分，对光合作用至关重要；硅元素能够提高植物的抗倒伏能力和抗病能力。这些微量元素的持续释放，为植物提供了全面的营养支持，促进了植物的健康生长和发育。

（4）降低农药残留

硅氢宝的应用可以增强植物的抗病虫害能力，减少农药的使用量。以柑橘为例，使用硅氢宝后，柑橘的病虫害发生率降低，农药施用量减少，从而降低了农产品中的农药残留量，提高了农产品的安全性。

（5）减少重金属积累

硅与氢会影响植物对重金属的吸收和转运过程，降低植物对土壤中重金属的富集能力。在一些受重金属污染的土壤中种植的作物，使用硅氢宝后，农产品中的重金属含量有所降低，提高了农产品的食用安全性。

3、硅氢宝的三大作用

（1）根系激活系统。促进超氧化物歧化酶（SOD）活性提升37%，根系生物量增加42%（2022年山东寿光番茄种植数据）。

（2）土壤改良体系。重金属钝化率：镉（Cd²+）92.3%、铅（Pb²+）87.6%，有机质转化效率提升2.1倍。（农业农村部耕地质量监测中心数据）。

（3）作物抗逆网络。干旱胁迫下脯氨酸积累量提升55%，低温环境下ATP酶活性保持率提高68%。 

图2木齐科技固态氢实验室研制的硅氢宝颗粒型

三、硅氢宝在农业各领域的应用

（一）农作物种植

1. 水稻种植

在黑龙江某实验基地进行的水稻种植实验中，设置了实验组和对照组。实验组采用硅氢宝处理灌溉水，对照组使用普通灌溉水。实验结果显示，实验组水稻在生长指标和产量品质方面均取得了显著提升。株高比对照组平均高出 15 cm，有效分蘖数增加 20%，这表明硅氢宝促进了水稻的植株生长和分蘖发育。在产量方面，实验组水稻亩产达到 750 kg，相较于对照组增产 25%，实现了产量的大幅增长。同时，对水稻品质的检测发现，蛋白质含量提高了10%，直链淀粉含量降低了15%，使得水稻的口感更加优良，营养价值也得到显著提升，在市场上更具竞争力。

2. 草莓种植

在草莓种植实验中，将硅氢宝与种植基质按 1:30 的比例混合。实验组草莓的开花时间比对照组提前了5天，坐果率提高了30%，这使得草莓的生长周期缩短，果实产量增加。在果实品质方面，实验组草莓的可溶性固形物含量达到12%，比对照组高出3个百分点，果实硬度增加20%，有效延长了草莓的货架期。此外，果实大小更为均匀，畸形果率降低了40%，提高了草莓的商品价值，为种植户带来了更高的经济效益。

（二）食用菌培植

在与山东省淄博市某食用菌企业的合作实验中，将硅氢宝按3%的质量比复合进菌棒。实验数据表明，平菇、香菇等食用菌的产量提升了11%。以平菇为例，实验组每棒平菇产量达到355g，而对照组为320 g。同时，菌丝发育速度加快，出菇周期缩短了2.5天，提高了生产效率。在品质方面，菌菇的口感更鲜嫩，经检测，其蛋白质含量提高了8%，多糖含量增加了10%，耐储性也得到明显增强，在常温下的储存时间比对照组延长了3天，降低了食用菌在储存和运输过程中的损耗，提升了产业效益。

（三）水产养殖

在水产养殖实验中，将硅氢宝放置于养殖水体中，每立方米水体投放5千克硅氢宝。实验结果显示，水体中的溶解氧含量提高了30%，氨氮含量降低了40%，亚硝酸盐含量降低了35%，有效改善了养殖水体环境，为水产动物提供了更适宜的生存条件。在对虾养殖实验中，实验组对虾的成活率比对照组提高了25%，平均体重增加了5 g，生长速度明显加快。同时，对虾的肌肉品质得到改善，虾肉的蛋白质含量提高了12%，脂肪含量降低了8%，提高了水产养殖产品的质量和市场价值，促进了水产养殖业的可持续发展。

四、氢农业的国内外研究进展

1. 国内研究成果及进展

在国内，氢农业的研究发展迅速且成果丰硕。众多科研机构积极投身于该领域的研究，如上海交通大学和华南植物园研究所等单位发现氢气可调节包括马齿苋、当归、粗叶榕（根部）等中药材的主要活性成分含量、种子发芽率或耐盐性，为氢在中草药种植领域的应用提供了重要理论依据。

上海青浦区开展的氢水种植番茄实验取得优异成果，使用氢水灌溉的番茄抗病虫害能力增强，产量明显提升。2022 年上海青浦区练塘镇共有145亩水稻采用富氢水浇灌，有氢农业技术加持的水稻抗瘟疫、病虫害少、重金属含量低，产量显著提高。2023 年山东木齐健康科技有限公司与广西金秀汇萃本草公司展开硅氢宝在瑶药材的种植与深加工应用，开发出氢瑶药等新产品上市，进一步拓展了氢在农业领域的应用范围。

上海交通大学丁文江院士团队研究发现，在中草药领域，对比试验田数据采用氢气种植金线莲后，产量提升约 30%，并能有效缩短生长周期。南京农业大学等专家也提出氢气在中药材种植、加工、保鲜防虫、药物给药系统设计和药物转运及减毒增效等方面将发挥积极作用。

此外，在蔬菜种植、水果栽培等方面也有诸多成功案例。例如，在陕西的苹果种植中，应用氢相关技术后，苹果的色泽更加鲜艳，糖分含量提高，果实硬度增加，市场竞争力显著提升。这些实践成果充分证明了氢农业在国内的巨大潜力和应用价值，为农业可持续发展提供了新的方向和路径。

2. 国外研究成果及进展

国外对氢农业的研究也在逐步开展。在日本，部分科研团队开展了将类似硅基材料应用于水培蔬菜的研究，初步结果显示能够提高蔬菜的生长速度和营养成分含量，为日本的蔬菜高效生产提供了新的思路。在韩国，一些农业企业尝试将氢相关材料应用于花卉种植，发现对花卉的色泽、花期等有一定的改善作用，提升了花卉的观赏价值和市场竞争力。

美国、加拿大、澳大利亚、印度、捷克等国家也相继开展了氢在农业领域的探索性研究，虽然目前整体应用规模较小，但已开发出一些含氢食品和含氢水等产品，为氢农业的未来发展奠定了一定基础。随着全球对可持续农业的关注度不断提高，氢农业在国外的研究有望进一步深入和拓展。 

图3硅氢宝常温环境下遇水释放氢气的过程

五、硅氢宝在健康农业的机遇

（一）环保需求推动

随着全球对环境保护的日益重视，传统化学肥料带来的土壤污染、水体富营养化等问题愈发凸显。硅氢宝作为一种绿色、环保的农业材料，其在改善土壤环境、减少环境污染方面的优势使其成为传统肥料的理想替代品。它能够调节土壤酸碱度，减少土壤酸化带来的负面影响，同时其缓慢释放的微量元素为植物提供均衡营养，避免了过量施肥导致的环境污染，符合现代生态农业的发展理念，因此在环保政策的推动下，硅氢宝在肥料市场具有巨大的推广潜力。

（二）农产品品质提升需求

消费者对农产品品质的要求不断提高，不仅关注农产品的产量，更注重其口感、营养成分和安全性。硅氢宝能够提升农产品的品质，如增加水果的甜度、改善蔬菜的口感、提高粮食的蛋白质含量等，满足了市场对高品质农产品的需求。种植户为了提高农产品的市场竞争力，会积极寻求能够提升品质的农业投入品，这为硅氢宝作为肥料的推广提供了良好的市场契机。

（三）农业可持续发展趋势

农业可持续发展已成为全球农业的重要发展方向，需要依靠科技创新来实现资源的高效利用和生态环境的保护。硅氢宝的应用有助于提高农业生产的可持续性，其高效产氢和改善水质的功能能够提高植物的水分和养分利用效率，增强植物的抗逆性，减少农业生产过程中的资源浪费和损失，适应农业可持续发展的趋势，从而在农业领域获得更广泛的应用和推广机会。

六、硅氢宝的市场前景

（一）市场规模预测

据市场研究机构预测，随着农业领域对硅氢宝的认知度和接受度不断提高，未来 5 年内，其在农业肥料市场的份额有望以每年38%的速度增长。在当前农业现代化和绿色健康发展的大背景下，全球农业对新型肥料的需求持续增加，预计到 2030 年，硅氢宝在农业肥料市场的规模将达到80亿元，成为农业肥料市场的重要组成部分。

（二）应用领域拓展

除了目前在农作物种植、食用菌培植和水产养殖等领域的应用，硅氢宝在土壤修复、有机农业、设施农业等领域也具有广阔的应用前景。在土壤修复方面，它可以改善土壤结构和微生物群落，促进土壤生态系统的恢复；在有机农业中，其环保、天然的特性符合有机农业的生产标准，能够为有机农产品的生产提供支持；在设施农业中，能够优化作物生长环境，提高设施农业的生产效率和产品质量。随着应用领域的不断拓展，硅氢宝的市场需求将进一步扩大。

（三）国际市场潜力

在国际市场上，发达国家对绿色农业技术和高品质农产品的需求更为迫切。硅氢宝凭借其独特的性能和优势，有望在欧美、日韩等国家和地区的农业市场取得突破。目前，已有部分国外农业企业开始关注和试用硅氢宝，随着产品的进一步推广和应用效果的验证，其国际市场份额将逐步扩大，为全球农业可持续发展贡献力量。

七、硅氢宝与传统农业技术的比较优势

（一）与传统肥料的对比

传统肥料主要通过提供氮、磷、钾等大量元素来促进植物生长，但长期使用可能导致土壤板结、酸化，环境污染等问题。而硅氢宝不仅能提供一定的微量元素，更重要的是通过产生氢气和改善水质来调节植物的生理代谢，增强植物的抗逆性，从根本上提升植物的生长能力。在提高产量和品质方面，硅氢宝与传统肥料的效果相当甚至更优，且不会对土壤环境造成负面影响，具有可持续性和环保性优势。

（二）与传统灌溉方式的对比

传统灌溉方式主要关注水分的供给，而硅氢宝处理后的灌溉水具有弱碱性、小分子团、负电位并富含偏硅酸等微量元素等特性，能够更好地被植物吸收利用，同时清除植物体内自由基，减少植物的水分胁迫和氧化损伤。在节水方面，硅氢宝提高了水分利用效率，相比传统灌溉方式可减少 20%的用水量，实现水资源的高效利用，符合农业可持续发展的节水需求。

（三）与化学药剂在病虫害防治和品质提升方面的对比

化学药剂在病虫害防治方面虽然能快速控制病虫害，但容易造成农产品农药残留超标，危害消费者健康，同时也会对生态环境造成破坏。硅氢宝通过增强植物自身的抗逆性来抵御病虫害，减少了化学药剂的使用。在品质提升方面，化学药剂主要侧重于外观和储存性的改善，而硅氢宝从内部调节植物代谢，全面提升农产品的口感、营养成分和储存品质，生产出更绿色、健康的农产品。

图4 氢医学专家孙学军、康志敏教授在木齐固态氢实验室

八、硅氢宝的应用案例展示

（一）国内案例

在陕西的苹果种植中，应用硅氢宝后，苹果的色泽更加鲜艳，糖分含量提高了15%，果实硬度增加了20%。这使得苹果在市场上更具吸引力，价格优势明显，种植户的经济效益显著提升。在山东淄博的蔬菜种植基地，使用硅氢宝的蔬菜生长健壮，病虫害减少了30%，产量和品质都得到了保障，在当地市场上供不应求，成为绿色蔬菜的优质品牌，为蔬菜种植产业的升级提供了成功范例。

在新疆的葡萄种植中，将硅氢宝与土壤混合使用，每立方米土壤添加3千克硅氢宝。结果显示，葡萄的甜度提升了10度，果实颗粒更加饱满，产量提高了30%。同时，葡萄的抗病能力增强，减少了农药的使用量，生产出的葡萄更加绿色健康，在市场上深受消费者喜爱。

在云南的花卉种植中，采用硅氢宝处理灌溉水，花卉的花期延长了5天，花朵更加鲜艳，花瓣厚度增加了15%。这使得花卉的观赏价值大幅提高，在花卉市场上的价格也相应上涨，为花农带来了丰厚的利润。

（二）国外案例

在日本的水培蔬菜研究中，应用类似硅基材料后，蔬菜的生长速度加快了30%，营养成分含量提高了20%。这为日本的蔬菜生产提供了新的技术思路，有助于提高蔬菜的生产效率和品质。在韩国的花卉种植企业中，使用硅氢宝后，花卉的色泽更加艳丽，花期延长了4天，提升了花卉的观赏价值和市场竞争力，在国际花卉市场上获得了更高的认可和经济效益。

在以色列的沙漠农业中，将硅氢宝用于灌溉系统，有效改善了沙漠地区的土壤水质，提高了作物的水分利用效率。在番茄种植实验中，产量比传统灌溉方式提高了40%，果实品质也得到了显著提升，为沙漠农业的发展带来了新的希望。

九、硅氢宝的使用方法

硅氢宝在农业领域可用于土壤改良、浸种育苗、灌溉等方面，以下是具体的使用方法：

（一）土壤改良

直接埋入：在翻耕土地时，将硅氢宝按照一定的密度均匀埋入土壤中。一般每亩地可埋入5-10千克硅氢宝，具体数量可根据土壤的贫瘠程度和作物需求适当调整。埋入深度以10-15厘米为宜，这样可以使硅氢宝更好地与土壤接触，持续释放氢气和其他有益物质，改善土壤结构，增加土壤肥力。

制成土壤改良剂：将硅氢宝粉碎后，与其他有机肥料或土壤改良剂混合，制成硅氢土壤改良剂。按照一定的比例将改良剂施用于土壤中，一般每平方米可施用0.5-1千克改良剂，然后进行翻耕，使改良剂与土壤充分混合。这种方法可以更均匀地将硅氢宝的有益成分分布在土壤中，提高土壤的保水保肥能力，促进土壤微生物的生长和繁殖。

（二）浸种育苗

浸种：将种子放入清水中，加入适量的硅氢宝，一般每100克种子可放入100克硅氢宝浸泡的水中，可循环使用30-50次。浸泡时间根据种子种类而定，一般为10-15小时。通过富氢水浸种，可以提高种子的发芽率，促进种子萌发和幼苗生长，增强幼苗的抗逆性。

（三）育苗基质处理

在育苗基质中添加一定量的硅氢宝，一般每吨育苗基质可添加10-30千克硅氢宝。将硅氢宝与育苗基质充分混合后，再进行播种育苗。这样可以为幼苗提供一个富含氢气的生长环境，有利于幼苗根系的发育和生长，培育出壮苗。

（四）灌溉用水处理

蓄水池添加：在农业灌溉的蓄水池中放入大量的硅氢宝，使整个蓄水池中的水都变成富氢水。硅氢宝的添加量可根据蓄水池的大小和用水量来确定，一般每立方米水可放入100-200公斤硅氢宝。经过一段时间的浸泡，灌溉水就富含了氢气，然后通过灌溉系统将富氢水输送到田间地头，为农作物提供充足的水分和氢气，促进作物生长。

滴灌或喷灌系统应用：将硅氢宝安装在滴灌或喷灌系统的过滤器或施肥罐中，当水流经过时，与硅氢宝接触产生富氢水，再通过滴头或喷头均匀地喷洒到作物根部或叶片上。这种方式可以精确地将富氢水供应到作物需要的部位，提高水分和氢气的利用效率，同时还可以结合施肥进行，实现水肥一体化管理。

使用硅氢宝时要根据不同作物和土壤条件，合理调整使用量和使用方法，同时可以结合其他农业技术措施，以达到最佳的应用效果。

十、硅氢宝的未来展望

硅氢宝在农业领域的应用研究已取得了一系列令人瞩目的成果。在作用机制方面，它能够通过调节植物激素水平，促进作物生长发育，使作物的根系更发达、茎秆更粗壮、叶片更繁茂，为作物的高产奠定基础；通过增强作物抗氧化系统，提高作物对干旱、盐碱、高温、病虫害等逆境的抵抗能力，保障作物在恶劣环境下的生长；通过改善土壤微生物群落结构和理化性质，增加土壤肥力，为作物生长提供良好的土壤环境。

在实际应用中，硅氢宝在种子处理、灌溉与施肥、设施农业等方面都展现出显著效果。种子处理时，可提高种子发芽率、发芽势和幼苗活力；灌溉与施肥过程中，能促进蔬菜、水果、粮食等多种作物生长，提高产量和品质；在设施农业里，可改善大棚内微环境，促进作物生长，增强抗逆性。通过对不同作物应用效果的对比以及典型案例的深入剖析，进一步验证了硅氢宝在农业生产中的实际价值。

展望未来，硅氢宝在农业领域具有广阔的发展前景。特别是在有机农业和精准农业领域将有更大的应用空间，还可与其他农业技术融合发展。硅氢宝的应用对于农业可持续发展意义重大，它能够减少化肥农药使用，降低环境污染，保障农产品质量安全，推动农业朝着绿色、可持续方向发展。

参考文献：

1、农业农村部耕地质量监测中心. (2022). 《土壤重金属钝化技术评估报告》.

2、Ding, W. et al. (2023). Hydrogen agriculture: Mechanisms and applications. Journal of Agricultural Science, 15(4), 112-125.

3、Yamamoto, K. et al. (2021). Silica-based materials in hydroponic systems: Growth enhancement of leafy vegetables. Journal of Hydroponic Agriculture, 8(2), 45-53.

4、Negev Agricultural Research Center. (2023). Hydrogen-rich irrigation in desert farming: A case study of tomato production. Arid Land Studies, 29(3), 78-89.

5、山东木齐健康科技有限公司. (2023). 《硅氢宝农业应用白皮书》.