镁对植物的作用及镁肥在农林业中的应用研究进展

余星 刘晓

摘 要 镁是植物生长必需营养元素之一，参与植物体内叶绿素合成、光合作用、蛋白质合成、能量代谢及多种酶促反应等，对植物生长发育极为重要。目前我国缺镁土壤面积占全国总耕地面积的6%，南方地区约有54%的土壤存在缺镁现象，土壤有效态镁含量不能满足植物生长所需，土壤需不同程度地补充镁肥。现有研究表明镁肥对农作物具有增产增收、改善品质、防治病害的作用。总结镁对植物的作用、我国土壤有效态镁现状和镁肥种类（水溶性镁肥、微溶性镁肥、液态镁肥），分析镁肥在农林业中的应用研究进展。

关键词 镁肥；植物；生长发育；农林业；应用

中图分类号：S143.7+2文献标志码：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.09.034

鎂是植物继氮、磷、钾之后所需的重要营养元素之一，在植物生理生化过程中扮演着极为重要的角色[1]。施肥是农林业生产上一项重要生产措施，对提供植物所需营养元素和维持土壤肥力具有十分重要的作用[2]。近年来，随着我国工业化和城市化快速发展，对土壤的过度开发利用，加上工业污染的排放，导致许多地区酸沉降现象加剧，植物缺镁问题日益突出。目前我国缺镁土壤面积占全国总耕地面积的6%，全国约有54%的土壤需要不同程度地补充镁肥[3]。随着生产上氮、磷、钾肥施用量不断增加和复种指数上升，土壤存在养分失衡现象，对农林业生产造成巨大影响，因此人们密切关注镁肥对植物生长的影响。

1  研究进展

1.1  镁对植物的作用

镁在植物体内存在形式是Mg2+，还有相当一部分是含镁有机化合物。镁是植物叶片中叶绿素分子中叶啉环的成分，占叶绿素分子量的2.7%，对维持叶绿体结构举足轻重，其在分子水平上维持天然色素、作用中心及膜的一定构象，维持电子载体间的密切关系，保证对光能的有效吸收、传递和转化[4]。植物体内镁含量约为0.05%～0.7%，植物各器官中镁含量有差异，通常情况下种子最高，茎、叶次之，根系最少[5]；其中叶片中的镁有3/4是以与蛋白质结合的形式存在，1/5参与构成叶绿素，其余的存在于液泡中[6]。若植物缺镁，叶绿素减少，加上镁的移动性较强，向幼嫩部位转移，在老叶最先失绿[7]，叶片由淡绿色变成黄色或者白色，还会出现褐色或者紫红色斑点，严重时叶片脱落；同时在强光下会加剧光抑制程度，缺镁胁迫黄瓜叶片的Fv/Fo、Fv/Fm显著降低，表明强光和缺镁胁迫使黄瓜叶片PSⅡ潜在活性和原初光能转化效率减弱[8]。镁在果实成熟过程中会向果实转移，果实附近叶片先发黄，症状明显。镁是许多酶的活化剂，在植物的生理代谢中主要承担着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，加强CO2的固定，促进光合作用；植物体中参与光合作用、糖酵解、三羧酸循环、呼吸作用、硝酸盐还原等过程的酶都需依靠镁来激活[9]。因此，镁参与植物体内叶绿素合成、光合作用、蛋白质合成、能量代谢及多种酶促反应等，对植物体内的碳水化合物、蛋白质、脂肪等物质代谢及能量转化起到至关重要的作用。

在植物吸收营养元素时元素之间有协同或拮抗关系。镁与一些元素发生拮抗作用，如K+、NH4+、Ca2+、Al3+等。如果土壤K+浓度过高或施用过多钾肥，钾对镁的吸收有拮抗作用，不仅表现在抑制植物根系对镁的吸收，而且还妨碍镁由根系向地上部分运输。施用氨态肥，会降低植物对镁的吸收。酸性土壤中Al3+、H+对植物体内镁含量有负效应，并诱导植物缺镁，主要是活性铝损害植物根尖，在酸性土壤中施镁肥可减轻铝的毒害。然而Mg2+与NO3-、P之间是协同关系，施用少量镁肥可以提高磷的利用率，促进植物快速生长[10]。此外，镁可促进作物对硅的吸收，促进植物的细胞壁硅质化，防止病菌丝侵入，进一步提高植物的抗病能力。

1.2  我国土壤有效态镁现状

植物体内的镁主要来源是土壤，土壤镁的存在形式分别为矿物态、非交换态、交换态、水溶态和有机态等，其中交换态和水溶态均是有效态镁，是植物可利用的镁，矿物态和有机结合态等一般需要经风化或分解后才能被植物利用，是植物难以直接利用的镁。根据土壤养分状况系统研究法的推荐施肥指标，将土壤有效镁含量分为5级，即土壤有效镁含量小于60 mg·L-1为严重缺乏，60～120 mg·L-1为缺乏，120～300 mg·L-1为中等，300～600 mg·L-1为丰富，大于600 mg·L-1为极丰富。由于母岩和气候因子所致，土壤有效镁含量在我国北方和南方有很大差别，呈现北高南低的趋势，我国北方土壤含镁量较高，土壤有效镁大于300 mg·L-1的省份有内蒙古、北京、江苏、陕西、上海、河南、新疆、宁夏、山东、吉林、河北、安徽、黑龙江和天津等地[3]，因含镁碳酸盐和硫酸盐丰富，加上北方地区干燥寒冷、淋溶低，北方土壤供应镁的能力较强。我国土壤有效镁含量较低的省份主要集中在福建、江西、广东、广西、贵州、湖南和湖北等；南方土壤的交换性镁量是10.0～374.0 mg·L-1，水溶性镁含量很低，一般是5～24 mg·L-1 [10]；白由路等指出酸性土壤缺镁现象严重，尤其是广东、广西地区分布的土壤主要是由花岗岩、花岗片麻岩、浅海沉积物发育的砖红壤、赤红壤，华中地区由第三纪红砂岩发育的红壤[3]。土壤缺镁主要是3种原因所致：1）土壤本身缺镁，尤其是酸性土壤、砂质土、沼泽土，这些土壤本身有效镁含量较低；2）湿润多雨地区，经过长期的雨水淋失，使得土壤中有效态的镁含量越来越少[11]，导致土壤养分元素不平衡，影响作物产量和品质[12]；3）为了追求高产出、高收益，大多数农民不断增加氮、磷、钾化肥施用和扩大高产耐肥品种的种植面积，随着复种指数和产量的提高，高含镁的植物从土壤中携走镁肥不断增加，土壤长期缺少镁肥有效补充，土壤镁肥逐渐耗竭，植物缺镁的现象在各地陆续出现。综上所述，我国南方土壤有效镁含量较少，若要促进植物生长，尤其是喜镁植物（葡萄、西红柿、苹果、烟草等），需增施镁肥、改良土壤、平衡施肥等措施能矫正土壤缺镁现象。

1.3  镁肥种类

根据溶解性可将镁肥分为水溶性镁肥、微溶性镁肥、液态镁肥。常见的水溶性镁肥有无水硫酸镁、硫镁矾、硫酸钾镁、钾盐镁矾等；微溶性镁肥有氧化镁、氢氧化镁、蛇纹石、碳酸镁、磷酸镁铵、钙镁磷肥、白云石及含镁的矿渣等[13]；液态镁肥主要是泻盐和硝酸镁的不同浓度的水溶液，绝大多数是用于无土栽培和叶面施肥。白云石、氧化镁、氢氧化镁常用于酸性土壤上，既可提高土壤pH值，又补充有效态镁含量[7]；硫酸镁肥有较高的溶解度，可用于不同pH类型的土壤和不同作物，其用途较广、肥效好，可作为基肥、追肥、叶面肥，可单独施用，亦与其他肥料混合施用[14]；硫酸钾镁肥是一种多元性复合肥，可补充钾、硫和镁，可作基肥、追肥，也作为叶面喷施，主要在甘蔗、水稻、小白菜、番茄、茶、西瓜、烤烟、油菜等大多数农作物中使用。

2  镁肥在农林业中的应用成效

土壤养分的吸收和利用决定着植物的生长状态。不同种类的镁肥施入土壤后，土壤交换性镁含量有效提高，能促进植物的生长、提高产量、改善品质、增强抗性能力。有学者提出，土壤交换性镁不高于50 mg·kg-1时，对于需镁较多的植物就有不足的可能[15]。现有研究表明，镁肥在原料作物、蔬菜、粮食、水果等农业领域应用较多。镁是烟草生长发育必需的营养元素，对烟草生长、产量及品质方面至关重要。有报道指出适宜的施镁量有助于降低烟叶含梗率，改善烟叶成熟度和组织结构，提高钾离子含量，降低氯离子含量，钾氯比升高，糖碱比在优质烟叶适宜范围，有利于产量与品质的平衡，进而获取更大的经济效益[16-17]。镁主要集中在植物的籽粒和果实中，对冬瓜、小白菜、茶、西瓜、辣椒、苹果、香蕉、石榴进行适量镁肥施用，有助于提升经济效益[18-22]。镁肥对玉米的穗长、行粒、结苞个数等生殖生长需求均具有显著的促进效果[23]；在缺镁土壤每667 m2施用镁肥10.7 kg，能显著提高水稻的穗粒数、结实率、千粒重和有效穗等生长指标[24]；镁肥能够显著增加稻米中氮、镁、锌、锰、钙、铜等元素的含量，提高稻米的营养水平[25]；有学者研究外源镁对镉在水稻体内的转运和积累的影响，发现镉和镁存在拮抗作用，在孕穗期和分蘖期施用镁肥会降低根系对镉的吸收，降低糙米中镉含量，提高水稻抵抗镉胁迫的能力[26]。镁肥对酿酒葡萄进行叶面喷施0.135%+滴施161.8 kg·hm-2，其经济效益最高，产投比最大，肥料利用率最高[27]；镁肥对茄果类的营养生长有促进作用，能显著增加结果数，降低烂果数，并能改善内在品质和外观品质[28]。

相较于农业领域，镁肥在林业领域的应用较少。林业上常用含镁的复合肥有钙镁磷肥、硫酸镁肥；在针叶树种施肥中，钙镁磷肥对马尾松幼龄林增长效应可持续到第7年[29]，对马尾松中龄林的生长效果不理想[30]，硫酸镁对马尾松种子园的种子产量表现为负效应，随着用量的增加产量反而下降[31]；氯化镁对不同种源马尾松苗木进行盆栽培育研究，表明低浓度的镁能促进苗木生长和提高生物量[32]，镁可严重抑制马尾松苗木体内氮素含量的积累，明显促进苗木体内镁含量积累[33]，黄山松苗针叶“紫色病”是由于缺镁引起的生理性病害，增施镁肥有效消除病害[34]。在阔叶树种施肥中，硫酸镁肥能有效促进猴樟苗高、地径的生长，提高叶片叶绿素含量，促进叶片可溶性糖及可溶性蛋白的合成，但不施镁肥或镁肥过量均会抑制猴樟生长[35]；硫酸镁肥对银杏苗木的叶生物量、新梢长度和根冠比有显著影响[36]；钙镁磷肥对树参苗木的苗高、地茎生长效果不佳[37]；钙镁磷肥作基肥对木荷苗木的高生长有较大的促进作用[38]，钙镁磷肥在南酸枣、西南桦、团花、高阿丁枫、红木荷、山桂花和云南拟单性木兰7个树种的育苗生产中不宜采用[39]；在常规施肥的基础上，增施钙镁磷肥有利于增加厚朴苗木的地径、主根长、侧根数、生物量[40]。钙镁磷肥可补充含磷、钙、镁的多种元素，硫酸镁肥也可补充硫、镁。林木只有在土壤养分充足的条件下才能达到迅速生长，不仅可以供应更多木材，而且能提高森林保持水土和涵养水分能力。

3  展望

长期以来对镁肥的研究主要集中在植物生长发育、生理代谢、产量、抗性等方面。在农业领域应用广泛，施肥技术措施也较为成熟。在林业领域中生长年限较长的木本植物研究报道较为少见，有关镁肥研究仍然薄弱，成果转化率不高，未来应加强以下研究：1）研究施镁肥的树种范围和试验面积逐步扩大，培育高质量苗木，提高苗木造林成活率；2）定期测定林业土壤有效镁种类和含量，不断完善镁肥经营措施，提高森林质量；3）基于林业是一个庞大领域，在生产实践中会受到很多干扰因子，把镁肥与高产栽培技术结合起来，开展镁肥增产提质增效研究，运用高科技手段，完善施用镁肥的科学性、合理性及实用性，助推林業高质量发展。镁肥在农林业生产实践中的作用不容忽视，然而镁肥过量施用对植物品质的改善效果不显著，不仅会造成镁肥浪费，提高肥料成本，降低农户纯收益，更为严重的是造成环境污染，故增施镁肥量要根据土壤实际情况确定。

参考文献：

[1]   黄照愿.配方施肥与叶面施肥（修订版）[M].北京：金盾出版社，2008.

[2]   胡蔼堂.植物营养学（第2版）（下册）[M].北京：中国农业出版社，2003.

[3]   白由路，金继运，杨俐苹.我国土壤有效镁含量及分布状况与含镁肥料的应用前景研究[J].土壤肥料，2004（2）：3-5.

[4]   王芳，刘鹏.土壤镁的植物效应的研究进展[J].江西林业科技，2003（1）：34-37.

[5]   JIN X L， MA C L， YANG L T， et a1. Alterations of physiology and gene expression due to long-term magnesium-deficiency differ between leaves and roots of Citrus reticulata[J]. Journal of Plant Physiology， 2016， 198： 103-115.

[6]   KARLEY A J， WHITE P J. Moving cationic minerals to edible tissues： Potassium， magnesium， calcium[J]. Current Opinion in Plant Biology， 2009，12（3）：291-298．

[7]   汪洪，褚天铎.植物镁素营养诊断及镁肥施用[J].土壤肥料，2000（4）：4-8.

[8]   杨广东，朱祝军，计玉妹.不同光强和缺镁胁迫对黄瓜叶片叶绿素荧光特性和活性氧产生的影响[J].植物营养与肥料学报，2002，8（1）：115-118.

[9]   郝遒斌，李桐柱，张其德，等.叶绿体膜的结构与功能Ⅷ.镁离子对叶绿体类囊体膜的叶绿素-蛋白复合体聚合的影响[J].生物化学与生物物理学报，1981（4）：365-372.

[10] 李伏生.土壤镁素和镁肥施用的研究[J].土壤学进展，1994，22（4）：18-25，47.

[11] GRANSEE A，F?HRS H. Magnesium mobility in soils as a challenge for soil and plant analysis， magnesium fertilization and root uptake under adverse growth conditions[J]. Plant and Soil， 2013， 368（1）：5-2l.

[12] CHEN Z C， PENG W T， LI J， et al. Functional dissection and transport mechanism of magnesium in plants[J]. Seminars in cell and developmental biology， 2018， 74： 142-152.

[13] 河北省植保土肥研究所.化学肥料的施用[M].北京：化学工业出版社，1979.

[14] 郭如新.镁肥肥源及其应用[J].磷肥与复肥，2011，26（1）：50-52.

[15] 袁可能.植物营养元素的土壤化学[M].北京：科学出版社，1983.

[16] 周芳芳，蔡宪杰，龙伟，等.镁肥施用量对楚雄烤烟产量及品质的影响[J].山西农业科学，2022，50（1）：96-101.

[17] 刘茜茜，黄莺，王小利，等.贵州省遵义市烟区施用钙、镁肥对烤烟K326产量和品质的影响[J].山地农业生物学报，2022，41（2）：59-65.

[18] 焦加斌，李金隆，郑朝元，等.减肥加镁对冬瓜产量及果实品质的影响[J].广东农业科学，2021，48（9）：124-132.

[19] 林新坚，李昱，李清华，等.硫酸钾镁肥对小白菜、茶叶、西瓜产量和品质的影响[J].土壤肥料，2005（5）：21-25.

[20] ARSENEAULT M H， CLINE J A. AVG， NAA， boron and magnesium influence preharvest fruit drop and fruit quality of Honeycrisp apples[J]. Canadian Journal of Plant Science， 2018， 98（3）：741-752.

[21] ZHANG J Z， LI B S， ZHANG J L， et al. Organic fertilizer application and Mg fertilizer promote banana yield and quality in an Udic Ferralsol[J]. Plos One，2020，15（3）： e0230593．

[22] CHATER J M， GARNER L C. Foliar nutrient applications to ‘Wonderful pomegranate （Punica granatum L.）. II. Effects on leaf nutrient status and fruit split， yield and size[J]. Scientia horticulturae， 2018， 242： 207-213.

[23] 赵国斌.高钙镁肥对酸性耕地玉米产量与效益的影响[J].农业技术与装备，2022（2）：172-176.

[24] 张加明.镁肥不同施用量在明溪县水稻对比试验初报[J].福建热作科技，2022，47（1）：40-42.

[25] 李军，邓先亮，朱兴敏，等.镁锌肥施用时期对优质软米粳稻产量及稻米中6种元素吸收的影响[J].中国稻米，2018，24（4）：57-63.

[26] 杜文琪.外源镁对镉在稻田系统中生物有效性与转运累积的影响[D].长沙：中南林业科技大学，2018.

[27] 古超峰，张丽，刘少泉，等.镁肥在酿酒葡萄上的施用效果及经济效益研究[J].中国土壤与肥料，2022（2）：128-133.

[28] 杜承林，韦洁诚，韦启光，等.钾镁肥料对茄类蔬菜的效应[J].土壤，1992（5）：248-251.

[29] 胡炳堂，王学良，蔡宏明，等.马尾松幼林施肥持续8年的生长效应[J].林业科学研究，2000，13（3）：286-289.

[30] 李炳壽，刘潘全，白卫国.马尾松中龄林磷肥品种试验时效性及效益评价[J].广西林业科学，2003，32（4）：194-196.

[31] 刘正渭.马尾松种子园配方施肥试验研究[J].现代农业科技，2015（10）：154-156.

[32] 余星，周运超，黎彪，等.马尾松优良种源苗木生长对镁的响应[J].河南农业科学，2016，45（4）：117-121.

[33] 余星.马尾松优良种源营养特性对外源钙、镁的响应[D].贵阳：贵州大学，2017.

[34] 王鹏，盖新敏，朱传县，等.黄山松苗期缺镁症的诊断和发生规律研究[J].江西林业科技，2006（2）：23-24，27.

[35] 刘姗，魏英，柯云芳，等.施镁对南方优良行道树种猴樟生长影响研究[J].江西农业大学学报，2021，43（1）：106-115.

[36] 吴广亮.镁、锌、钼对银杏生长及叶品质的效应研究[D].南京：南京林业大学，2008.

[37] 谢荣樟.施肥对树参苗木生长的影响[J].中国林副特产，2019（4）：29-30.

[38] 吴道圣，郑玉成，陈利星，等.木荷撒播育苗技术及苗木生长量研究[J].浙江林业科技，2001，21（2）：29-35.

[39] 蒋云东，王达明，邱琼，等.7种热带阔叶树种的苗木施肥试验[J].云南林业科技，2003（2）：11-16.

[40] 马维华.3种施肥方案对厚朴苗木构型的影响[J].农业灾害研究，2021，11（9）：172-174.

（责任编辑：易  婧）