鎂對植物的作用及鎂肥在農(nóng)林業(yè)中的應(yīng)用研究進展

余 星，劉 曉

（貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，貴州貴陽 550003）

鎂是植物繼氮、磷、鉀之后所需的重要營養(yǎng)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(nóng)林業(yè)生產(chǎn)上一項重要生產(chǎn)措施，對提供植物所需營養(yǎng)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(yè)化和城市化快速發(fā)展，對土壤的過度開發(fā)利用，加上工業(yè)污染的排放，導(dǎo)致許多地區(qū)酸沉降現(xiàn)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(chǎn)上氮、磷、鉀肥施用量不斷增加和復(fù)種指數(shù)上升，土壤存在養(yǎng)分失衡現(xiàn)象，對農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)造成巨大影響，因此人們密切關(guān)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(nèi)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(huán)的成分，占葉綠素分子量的2.7%，對維持葉綠體結(jié)構(gòu)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(gòu)象，維持電子載體間的密切關(guān)系，保證對光能的有效吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化[4]。植物體內(nèi)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(zhì)結(jié)合的形式存在，1/5參與構(gòu)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(zhuǎn)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(xiàn)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(zhuǎn)化效率減弱[8]。鎂在果實成熟過程中會向果實轉(zhuǎn)移，果實附近葉片先發(fā)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(dān)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(huán)、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(nèi)葉綠素合成、光合作用、蛋白質(zhì)合成、能量代謝及多種酶促反應(yīng)等，對植物體內(nèi)的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等物質(zhì)代謝及能量轉(zhuǎn)化起到至關(guān)重要的作用。

在植物吸收營養(yǎng)元素時元素之間有協(xié)同或拮抗關(guān)系。鎂與一些元素發(fā)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(xiàn)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(tài)肥，會降低植物對鎂的吸收。酸性土壤中Al3+、H+對植物體內(nèi)鎂含量有負效應(yīng)，并誘導(dǎo)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(xié)同關(guān)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(zhì)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(tài)鎂現(xiàn)狀

植物體內(nèi)的鎂主要來源是土壤，土壤鎂的存在形式分別為礦物態(tài)、非交換態(tài)、交換態(tài)、水溶態(tài)和有機態(tài)等，其中交換態(tài)和水溶態(tài)均是有效態(tài)鎂，是植物可利用的鎂，礦物態(tài)和有機結(jié)合態(tài)等一般需要經(jīng)風(fēng)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(jù)土壤養(yǎng)分狀況系統(tǒng)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(xiàn)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(nèi)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(qū)干燥寒冷、淋溶低，北方土壤供應(yīng)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(xiàn)象嚴重，尤其是廣東、廣西地區(qū)分布的土壤主要是由花崗巖、花崗片麻巖、淺海沉積物發(fā)育的磚紅壤、赤紅壤，華中地區(qū)由第三紀紅砂巖發(fā)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(zhì)土、沼澤土，這些土壤本身有效鎂含量較低；2）濕潤多雨地區(qū)，經(jīng)過長期的雨水淋失，使得土壤中有效態(tài)的鎂含量越來越少[11]，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分元素不平衡，影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)[12]；3）為了追求高產(chǎn)出、高收益，大多數(shù)農(nóng)民不斷增加氮、磷、鉀化肥施用和擴大高產(chǎn)耐肥品種的種植面積，隨著復(fù)種指數(shù)和產(chǎn)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(xiàn)象在各地陸續(xù)出現(xiàn)。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(xiàn)象。

1.3 鎂肥種類

根據(jù)溶解性可將鎂肥分為水溶性鎂肥、微溶性鎂肥、液態(tài)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(tài)鎂肥主要是瀉鹽和硝酸鎂的不同濃度的水溶液，絕大多數(shù)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(tài)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(fù)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(shù)農(nóng)作物中使用。

2 鎂肥在農(nóng)林業(yè)中的應(yīng)用成效

土壤養(yǎng)分的吸收和利用決定著植物的生長狀態(tài)。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(chǎn)量、改善品質(zhì)、增強抗性能力。有學(xué)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]?，F(xiàn)有研究表明，鎂肥在原料作物、蔬菜、糧食、水果等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多。鎂是煙草生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素，對煙草生長、產(chǎn)量及品質(zhì)方面至關(guān)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(jié)構(gòu)，提高鉀離子含量，降低氯離子含量，鉀氯比升高，糖堿比在優(yōu)質(zhì)煙葉適宜范圍，有利于產(chǎn)量與品質(zhì)的平衡，進而獲取更大的經(jīng)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(jīng)濟效益[18-22]。鎂肥對玉米的穗長、行粒、結(jié)苞個數(shù)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(shù)、結(jié)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(yǎng)水平[25]；有學(xué)者研究外源鎂對鎘在水稻體內(nèi)的轉(zhuǎn)運和積累的影響，發(fā)現(xiàn)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(jīng)濟效益最高，產(chǎn)投比最大，肥料利用率最高[27]；鎂肥對茄果類的營養(yǎng)生長有促進作用，能顯著增加結(jié)果數(shù)，降低爛果數(shù)，并能改善內(nèi)在品質(zhì)和外觀品質(zhì)[28]。

相較于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，鎂肥在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用較少。林業(yè)上常用含鎂的復(fù)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(yīng)可持續(xù)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(chǎn)量表現(xiàn)為負效應(yīng)，隨著用量的增加產(chǎn)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(nèi)氮素含量的積累，明顯促進苗木體內(nèi)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(chǎn)中不宜采用[39]；在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上，增施鈣鎂磷肥有利于增加厚樸苗木的地徑、主根長、側(cè)根數(shù)、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(yǎng)分充足的條件下才能達到迅速生長，不僅可以供應(yīng)更多木材，而且能提高森林保持水土和涵養(yǎng)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(fā)育、生理代謝、產(chǎn)量、抗性等方面。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，施肥技術(shù)措施也較為成熟。在林業(yè)領(lǐng)域中生長年限較長的木本植物研究報道較為少見，有關(guān)鎂肥研究仍然薄弱，成果轉(zhuǎn)化率不高，未來應(yīng)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(zhì)量苗木，提高苗木造林成活率；2）定期測定林業(yè)土壤有效鎂種類和含量，不斷完善鎂肥經(jīng)營措施，提高森林質(zhì)量；3）基于林業(yè)是一個龐大領(lǐng)域，在生產(chǎn)實踐中會受到很多干擾因子，把鎂肥與高產(chǎn)栽培技術(shù)結(jié)合起來，開展鎂肥增產(chǎn)提質(zhì)增效研究，運用高科技手段，完善施用鎂肥的科學(xué)性、合理性及實用性，助推林業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。鎂肥在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)實踐中的作用不容忽視，然而鎂肥過量施用對植物品質(zhì)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(nóng)戶純收益，更為嚴重的是造成環(huán)境污染，故增施鎂肥量要根據(jù)土壤實際情況確定。