由于人为利用方式不当和自然环境的变化,越来越多的农田和草地植物受到严重的非生物环境胁迫影响。其中,农作物重金属胁迫和草地植物干旱、盐胁迫问题与农牧业可持续发展密切相关,因而是当前生态修复研究的热点。硅作为地壳中含量丰富的元素之一,在缓解草本植物和农作物非生物环境胁迫中的生物学功能日益受到关注。然而,目前多数研究基于盆栽试验开展,对于农田和草地生态系统中硅调控植物生长机制缺乏系统研究。本论文以重金属胁迫下田间小麦地和盐胁迫下天然草地为主要研究对象,探讨了植物硅和纳米硅肥料施加对非生物环境胁迫下植硅体形成和植硅体内金属元素分布、土壤-植物系统碳和养分循环、植物-植硅体稳定碳氮同位素组成以及植物生物量碳积累的影响,综合分析了硅调节非生物环境胁迫下植物生长的机制,证明了硅在提高植物生物量积累和调控元素生物地球化学循环中的重要作用。主要结果如下:（1）在重金属污染的农田中,较高的土壤有效硅含量(242±23.6 mg kg-1)有利于降低土壤重金属的生物有效性(如有效铅从0.11±0.10 mg kg-1降低到0.02±0.02 mg kg-1,有效镉从1.32±1.08 mg kg-1降低到0.23±0.08 mg kg-1),从而有利于缓解重金属对植物的毒害效应。随纳米硅浓度增大,小麦茎秆中的镉(从0.60±0.07 mg kg-1降低到0.43±0.03 mg kg-1)以及穗状花序中的铬含量(从21.3±1.39 mg kg-1降低到12.9±1.03 mg kg-1)显著降低。此外,植物中硅吸收的增加能够提高植硅体及其包裹重金属的含量,而不同金属元素在不同器官植硅体中的富集系数差异较大。其中,铝、铬、铁、锰、和砷的富集系数＞1,说明这些元素在植硅体结构中的富集能力较强。（2）土壤有效硅与小麦植物中碳、氮、磷、硅含量及其累积量显著正相关,说明农田生态系统中的有效硅有利于促进作物对养分元素的吸收利用。同时,植硅体包裹氮、磷含量与植物中的硅含量显著正相关,并且随着纳米硅浓度增大而增加。小麦叶鞘中的硅含量（从1.62±0.07%增加到3.32±0.41%）、植硅体含量（从4.36±0.87%增加到7.08±1.12%）、植硅体包裹碳含量（从0.12±0.02‰增加到0.18±0.02‰）,以及生物量碳累积量(从116±13.7 g C tissue-1增加到144±1.12 g C tissue-1),均随纳米硅浓度增大而显著增加。说明农田生态系统中的有效硅能够提高重金属胁迫下的作物生长和生物量碳积累,同时作物中的硅积累和植硅体形成也会影响生态系统中的碳、氮、磷元素的长期生物地球化学循环过程。（3）土壤有效硅与稳定碳氮同位素之间呈正相关关系,说明有效硅通过影响土壤-植物系统的养分利用效率而间接影响稳定同位素的分馏效应。随着纳米硅浓度增大,植物叶鞘及其植硅体中的稳定氮同位素值均呈现增加的趋势（分别从-4.1±0.2‰增加到-2.5±0.1‰和-4.8±0.4‰增加到-3.5±0.4‰）;然而,稳定碳同位素值呈现先增加后降低的趋势,在0.8%纳米硅处理水平下达到最大值（植物为-26.4±0.5‰,植硅体为-29.6±0.3‰）。这些结果表明,植物中硅吸收和硅累积量的增加,会影响植物中的碳氮同化过程。此外,稳定碳氮同位素值在植物和植硅体之间正相关,但是在植硅体中的值相较于植物中偏负,说明碳和氮化合物组分进入植硅体的过程发生了同位素分馏效应。（4）在干旱-半干旱的天然草地生态系统中,植物中盐分水平的升高,降低了水分和养分利用效率,显著抑制植物生长和生物量碳积累。土壤中较高的有效硅,促进了植物中硅的吸收和累积,有利于提高植物中碳的累积量、植硅体产生量和植硅体包裹碳含量。说明硅不仅能够通过提高植物光合过程中的二氧化碳同化效率来增加盐和干旱胁迫下植物生物量碳的固定;而且通过植硅体的形成,对以富硅植物为优势种的草地系统中碳的长期封存产生重要影响。综上,硅对于调节富硅草本植物非生物环境胁迫和元素生物地球化学循环具有重要作用,本文研究结果可为农田和草地生态系统中硅肥的应用与管理提供科学参考。