鎂對植物的作用及鎂肥在農林業中的應用研究進展

余 星，劉 曉

（貴州省林業調查規劃院，貴州貴陽 550003）

鎂是植物繼氮、磷、鉀之后所需的重要營養元素之一，在植物生理生化過程中扮演著極為重要的角色[1]。施肥是農林業生產上一項重要生產措施，對提供植物所需營養元素和維持土壤肥力具有十分重要的作用[2]。近年來，隨著我國工業化和城市化快速發展，對土壤的過度開發利用，加上工業污染的排放，導致許多地區酸沉降現象加劇，植物缺鎂問題日益突出。目前我國缺鎂土壤面積占全國總耕地面積的6%，全國約有54%的土壤需要不同程度地補充鎂肥[3]。隨著生產上氮、磷、鉀肥施用量不斷增加和復種指數上升，土壤存在養分失衡現象，對農林業生產造成巨大影響，因此人們密切關注鎂肥對植物生長的影響。

1 研究進展

1.1 鎂對植物的作用

鎂在植物體內存在形式是Mg2+，還有相當一部分是含鎂有機化合物。鎂是植物葉片中葉綠素分子中葉啉環的成分，占葉綠素分子量的2.7%，對維持葉綠體結構舉足輕重，其在分子水平上維持天然色素、作用中心及膜的一定構象，維持電子載體間的密切關系，保證對光能的有效吸收、傳遞和轉化[4]。植物體內鎂含量約為0.05%～0.7%，植物各器官中鎂含量有差異，通常情況下種子最高，莖、葉次之，根系最少[5]；其中葉片中的鎂有3/4是以與蛋白質結合的形式存在，1/5參與構成葉綠素，其余的存在于液泡中[6]。若植物缺鎂，葉綠素減少，加上鎂的移動性較強，向幼嫩部位轉移，在老葉最先失綠[7]，葉片由淡綠色變成黃色或者白色，還會出現褐色或者紫紅色斑點，嚴重時葉片脫落；同時在強光下會加劇光抑制程度，缺鎂脅迫黃瓜葉片的Fv/Fo、Fv/Fm 顯著降低，表明強光和缺鎂脅迫使黃瓜葉片PSⅡ潛在活性和原初光能轉化效率減弱[8]。鎂在果實成熟過程中會向果實轉移，果實附近葉片先發黃，癥狀明顯。鎂是許多酶的活化劑，在植物的生理代謝中主要承擔著激活磷酸激酶和磷酸化酶的功能，活化二磷酸核酮糖羧化酶，加強CO2的固定，促進光合作用；植物體中參與光合作用、糖酵解、三羧酸循環、呼吸作用、硝酸鹽還原等過程的酶都需依靠鎂來激活[9]。因此，鎂參與植物體內葉綠素合成、光合作用、蛋白質合成、能量代謝及多種酶促反應等，對植物體內的碳水化合物、蛋白質、脂肪等物質代謝及能量轉化起到至關重要的作用。

在植物吸收營養元素時元素之間有協同或拮抗關系。鎂與一些元素發生拮抗作用，如K+、NH4+、Ca2+、Al3+等。如果土壤K+濃度過高或施用過多鉀肥，鉀對鎂的吸收有拮抗作用，不僅表現在抑制植物根系對鎂的吸收，而且還妨礙鎂由根系向地上部分運輸。施用氨態肥，會降低植物對鎂的吸收。酸性土壤中Al3+、H+對植物體內鎂含量有負效應，并誘導植物缺鎂，主要是活性鋁損害植物根尖，在酸性土壤中施鎂肥可減輕鋁的毒害。然而Mg2+與NO3-、P 之間是協同關系，施用少量鎂肥可以提高磷的利用率，促進植物快速生長[10]。此外，鎂可促進作物對硅的吸收，促進植物的細胞壁硅質化，防止病菌絲侵入，進一步提高植物的抗病能力。

1.2 我國土壤有效態鎂現狀

植物體內的鎂主要來源是土壤，土壤鎂的存在形式分別為礦物態、非交換態、交換態、水溶態和有機態等，其中交換態和水溶態均是有效態鎂，是植物可利用的鎂，礦物態和有機結合態等一般需要經風化或分解后才能被植物利用，是植物難以直接利用的鎂。根據土壤養分狀況系統研究法的推薦施肥指標，將土壤有效鎂含量分為5 級，即土壤有效鎂含量小于60 mg·L-1為嚴重缺乏，60～120 mg·L-1為缺乏，120～300 mg·L-1為中等，300～600 mg·L-1為豐富，大于600 mg·L-1為極豐富。由于母巖和氣候因子所致，土壤有效鎂含量在我國北方和南方有很大差別，呈現北高南低的趨勢，我國北方土壤含鎂量較高，土壤有效鎂大于300 mg·L-1的省份有內蒙古、北京、江蘇、陜西、上海、河南、新疆、寧夏、山東、吉林、河北、安徽、黑龍江和天津等地[3]，因含鎂碳酸鹽和硫酸鹽豐富，加上北方地區干燥寒冷、淋溶低，北方土壤供應鎂的能力較強。我國土壤有效鎂含量較低的省份主要集中在福建、江西、廣東、廣西、貴州、湖南和湖北等；南方土壤的交換性鎂量是10.0～374.0 mg·L-1，水溶性鎂含量很低，一般是5～24 mg·L-1[10]；白由路等指出酸性土壤缺鎂現象嚴重，尤其是廣東、廣西地區分布的土壤主要是由花崗巖、花崗片麻巖、淺海沉積物發育的磚紅壤、赤紅壤，華中地區由第三紀紅砂巖發育的紅壤[3]。土壤缺鎂主要是3 種原因所致：1）土壤本身缺鎂，尤其是酸性土壤、砂質土、沼澤土，這些土壤本身有效鎂含量較低；2）濕潤多雨地區，經過長期的雨水淋失，使得土壤中有效態的鎂含量越來越少[11]，導致土壤養分元素不平衡，影響作物產量和品質[12]；3）為了追求高產出、高收益，大多數農民不斷增加氮、磷、鉀化肥施用和擴大高產耐肥品種的種植面積，隨著復種指數和產量的提高，高含鎂的植物從土壤中攜走鎂肥不斷增加，土壤長期缺少鎂肥有效補充，土壤鎂肥逐漸耗竭，植物缺鎂的現象在各地陸續出現。綜上所述，我國南方土壤有效鎂含量較少，若要促進植物生長，尤其是喜鎂植物（葡萄、西紅柿、蘋果、煙草等），需增施鎂肥、改良土壤、平衡施肥等措施能矯正土壤缺鎂現象。

1.3 鎂肥種類

根據溶解性可將鎂肥分為水溶性鎂肥、微溶性鎂肥、液態鎂肥。常見的水溶性鎂肥有無水硫酸鎂、硫鎂礬、硫酸鉀鎂、鉀鹽鎂礬等；微溶性鎂肥有氧化鎂、氫氧化鎂、蛇紋石、碳酸鎂、磷酸鎂銨、鈣鎂磷肥、白云石及含鎂的礦渣等[13]；液態鎂肥主要是瀉鹽和硝酸鎂的不同濃度的水溶液，絕大多數是用于無土栽培和葉面施肥。白云石、氧化鎂、氫氧化鎂常用于酸性土壤上，既可提高土壤pH 值，又補充有效態鎂含量[7]；硫酸鎂肥有較高的溶解度，可用于不同pH 類型的土壤和不同作物，其用途較廣、肥效好，可作為基肥、追肥、葉面肥，可單獨施用，亦與其他肥料混合施用[14]；硫酸鉀鎂肥是一種多元性復合肥，可補充鉀、硫和鎂，可作基肥、追肥，也作為葉面噴施，主要在甘蔗、水稻、小白菜、番茄、茶、西瓜、烤煙、油菜等大多數農作物中使用。

2 鎂肥在農林業中的應用成效

土壤養分的吸收和利用決定著植物的生長狀態。不同種類的鎂肥施入土壤后，土壤交換性鎂含量有效提高，能促進植物的生長、提高產量、改善品質、增強抗性能力。有學者提出，土壤交換性鎂不高于50 mg·kg-1時，對于需鎂較多的植物就有不足的可能[15]。現有研究表明，鎂肥在原料作物、蔬菜、糧食、水果等農業領域應用較多。鎂是煙草生長發育必需的營養元素，對煙草生長、產量及品質方面至關重要。有報道指出適宜的施鎂量有助于降低煙葉含梗率，改善煙葉成熟度和組織結構，提高鉀離子含量，降低氯離子含量，鉀氯比升高，糖堿比在優質煙葉適宜范圍，有利于產量與品質的平衡，進而獲取更大的經濟效益[16-17]。鎂主要集中在植物的籽粒和果實中，對冬瓜、小白菜、茶、西瓜、辣椒、蘋果、香蕉、石榴進行適量鎂肥施用，有助于提升經濟效益[18-22]。鎂肥對玉米的穗長、行粒、結苞個數等生殖生長需求均具有顯著的促進效果[23]；在缺鎂土壤每667 m2施用鎂肥10.7 kg，能顯著提高水稻的穗粒數、結實率、千粒重和有效穗等生長指標[24]；鎂肥能夠顯著增加稻米中氮、鎂、鋅、錳、鈣、銅等元素的含量，提高稻米的營養水平[25]；有學者研究外源鎂對鎘在水稻體內的轉運和積累的影響，發現鎘和鎂存在拮抗作用，在孕穗期和分蘗期施用鎂肥會降低根系對鎘的吸收，降低糙米中鎘含量，提高水稻抵抗鎘脅迫的能力[26]。鎂肥對釀酒葡萄進行葉面噴施0.135%+滴施161.8 kg·hm-2，其經濟效益最高，產投比最大，肥料利用率最高[27]；鎂肥對茄果類的營養生長有促進作用，能顯著增加結果數，降低爛果數，并能改善內在品質和外觀品質[28]。

相較于農業領域，鎂肥在林業領域的應用較少。林業上常用含鎂的復合肥有鈣鎂磷肥、硫酸鎂肥；在針葉樹種施肥中，鈣鎂磷肥對馬尾松幼齡林增長效應可持續到第7 年[29]，對馬尾松中齡林的生長效果不理想[30]，硫酸鎂對馬尾松種子園的種子產量表現為負效應，隨著用量的增加產量反而下降[31]；氯化鎂對不同種源馬尾松苗木進行盆栽培育研究，表明低濃度的鎂能促進苗木生長和提高生物量[32]，鎂可嚴重抑制馬尾松苗木體內氮素含量的積累，明顯促進苗木體內鎂含量積累[33]，黃山松苗針葉“紫色病”是由于缺鎂引起的生理性病害，增施鎂肥有效消除病害[34]。在闊葉樹種施肥中，硫酸鎂肥能有效促進猴樟苗高、地徑的生長，提高葉片葉綠素含量，促進葉片可溶性糖及可溶性蛋白的合成，但不施鎂肥或鎂肥過量均會抑制猴樟生長[35]；硫酸鎂肥對銀杏苗木的葉生物量、新梢長度和根冠比有顯著影響[36]；鈣鎂磷肥對樹參苗木的苗高、地莖生長效果不佳[37]；鈣鎂磷肥作基肥對木荷苗木的高生長有較大的促進作用[38]，鈣鎂磷肥在南酸棗、西南樺、團花、高阿丁楓、紅木荷、山桂花和云南擬單性木蘭7 個樹種的育苗生產中不宜采用[39]；在常規施肥的基礎上，增施鈣鎂磷肥有利于增加厚樸苗木的地徑、主根長、側根數、生物量[40]。鈣鎂磷肥可補充含磷、鈣、鎂的多種元素，硫酸鎂肥也可補充硫、鎂。林木只有在土壤養分充足的條件下才能達到迅速生長，不僅可以供應更多木材，而且能提高森林保持水土和涵養水分能力。

3 展望

長期以來對鎂肥的研究主要集中在植物生長發育、生理代謝、產量、抗性等方面。在農業領域應用廣泛，施肥技術措施也較為成熟。在林業領域中生長年限較長的木本植物研究報道較為少見，有關鎂肥研究仍然薄弱，成果轉化率不高，未來應加強以下研究：1）研究施鎂肥的樹種范圍和試驗面積逐步擴大，培育高質量苗木，提高苗木造林成活率；2）定期測定林業土壤有效鎂種類和含量，不斷完善鎂肥經營措施，提高森林質量；3）基于林業是一個龐大領域，在生產實踐中會受到很多干擾因子，把鎂肥與高產栽培技術結合起來，開展鎂肥增產提質增效研究，運用高科技手段，完善施用鎂肥的科學性、合理性及實用性，助推林業高質量發展。鎂肥在農林業生產實踐中的作用不容忽視，然而鎂肥過量施用對植物品質的改善效果不顯著，不僅會造成鎂肥浪費，提高肥料成本，降低農戶純收益，更為嚴重的是造成環境污染，故增施鎂肥量要根據土壤實際情況確定。