摘要
镁是植物的必需营养元素，在植物的生理生化过程中扮演着重要角色。然而在农业生产中镁元素常常被忽视，造成缺镁现象频发，这与农业从业者对镁元素的片面认识有关。本文着重介绍植物对镁的需求和吸收过程，以及镁肥的施用，以期为农业生产提供指导。
前言
植物正常生长需要吸收大量的营养元素，必需营养元素缺乏会限制植物的生长潜力。在高等植物中，除了碳、氢、氧三种元素主要来自水和二氧化碳外，其它的必需营养元素则以无机离子的形式从土壤中获取，称为矿质营养元素。
土壤中绝大多数养分最初来源于成土矿物的风化，而后参与到地球的生物-化学循环中。基于植物的“矿质营养学说”，在现代农业生产中，增加矿质营养元素的供应，会不同程度地提高农作物的产量。然而在高产农业体系中，作物的大部分生物量离开了耕作区，养分从土壤到植物的单向迁移，使得通过施肥来补充土壤养分变得尤为重要。
在南方的经济作物区，氮、磷、钾这些大量元素的施用量一般都非常充足，因营养元素缺乏引发生理障碍的，大都是中微量元素的缺乏所致。在南方经作区的田间推广中发现，植物镁元素的缺乏症状在果树和一些速生性的作物上比较普遍。南方的酸性红黄壤、砂质土，本身含镁量低，而且降雨量大淋洗损失严重，造成土壤有效镁含量低。加上南方土地复种指数高，养分的需求量大，而且养分投入不平衡也会影响镁元素的有效性。因此了解植物的养分需求和养分吸收的生理过程，对于进行合理的养分管理非常必要。
植物对镁元素的需求量很大
通常将必需矿质营养元素根据其在植物组织中的相对含量，划分为大量元素、中量元素和微量元素，这是从宏观的角度对矿质营养元素的分类。不同矿质营养元素在植物组织中的含量差异很大，但是各种矿质元素对植物是同等重要、不可替代的。从表1中可以看出，在植物组织中，除了氮磷钾以外，钙、镁等中量元素在植物组织中的含量也是非常高的，甚至在某些组织中要高于一些大量元素的含量。
表1 植物正常生长所需矿质养分的平均含量
通常在制定作物养分管理方案时，需要参考作物的单位产量需肥量和产量水平。在高产的农业生产体系中，要充分补充作物带走的那部分养分，维持土壤养分的供应能力。自“测土配方施肥”实施以来，在养分管理上秉承“大量元素分期调控，中微量元素因缺补缺”的养分管理原则，根据土壤的供给能力和植物的养分需求进行合理施肥。
表2所示为根据相关资料汇总的不同作物的单位产量需肥量，从表中可以看出，植物对氮磷钾以外的钙、镁的需求量其实也很大，只是通常土壤或者灌溉水中所含的镁就能满足生长，但在高产农业体系中，如果还按照原来的中量元素的定义来进行施肥管理，在某些土壤上很容易发生镁的缺乏症状，不利于产量的形成。表2 不同作物的单位产量需肥量（kg/1000kg）
不同作物对镁的敏感程度也不一样（表3），像柑橘、马铃薯等作物，对镁很敏感，土壤中镁不足时，很容易从叶片上观察到缺镁症状。大豆、葡萄及果树等对镁比较敏感的作物，施用镁肥会带来不同程度的产量和品质提高。而水稻、小麦等作物对镁不敏感。事实上，植物体内镁的临界浓度因植物种类、品种、器官和发育时期不同而有很大差异，这些在进行镁营养管理时，都是要考虑的因素。表3 不同作物对镁元素的敏感程度
镁元素的缺乏症状及发生原因
镁在植物体内易移动，植物缺镁首先表现在中下部老叶片上。在双子叶植物上，表现为脉间失绿，并逐步由淡绿色变成黄色或者白色，还会出现大小不一的褐色或者紫红色斑点，但叶脉保持绿色，严重时出现叶片的早衰与脱落。禾本科植物表现为叶基部出现暗绿色斑点，其余部分淡黄色，严重缺镁时，叶片褪色有条纹，叶尖出现坏死斑点。
作物缺镁症状在果实或储存器官膨大时容易发生。镁在果实成熟过程中会向果实转移，老叶和果实附近叶片先发黄，症状明显。当种子萌芽和幼苗生长时镁又被运送到需要的部位，因此在植物发育的初期一般不易出现缺镁症状，缺镁多发生在植物成长的中后期。若发生在后期通常不会影响产量太大，如果发生在初期，产量与质量皆会受到严重影响。图1 莲雾叶片缺镁症状
植物镁的缺乏通常有两方面原因：一是土壤中镁含量较低，不能满足植物的养分需求；二是土壤中镁含量并不低，但受到土壤中其它养分离子的相互作用，根系对镁的吸收量低。
1、土壤中镁含量低导致的缺镁
据报道，我国土壤存在缺镁（交换性镁含量小于25mg/kg）的耕地比例达到36%，主要集中于长江以南地区，面积非常之大。土壤中的镁最初来自土壤含镁矿物的风化，因为成土母质不同，所含的镁元素库容量也不同。南方土壤主要由花岗岩、红砂岩及第四纪红色黏土发育而来，本身含镁量低。而由蛇纹石、白云石等成土矿物演化生成的土壤则镁含量很高。
镁离子在土壤中有三种存在形态，分别是矿物态镁（存在于矿物晶格中的镁）、交换态镁（被土壤静电荷表面吸附的镁）和水溶态镁（溶解于土壤溶液中的镁）。矿物态镁是土壤中镁的主要构成部分，约占土壤中镁的70%-90%，矿物态镁只有通过风化作用才能转变成可被吸收的镁，但风化是一个十分漫长的过程，所以矿物中的镁基本上是无法为植物吸收利用的。交换态镁和水溶态镁则是可移动的，易被植物吸收，称为有效镁。
土壤中交换态镁，镁离子与土壤胶体的吸附力较弱，容易被置换下来进入土壤溶液，变成水溶态镁，尤其是在南方酸性土壤上，土壤阳离子的活性很高，进入土壤溶液中的镁离子，在多雨的条件下容易淋洗损失。砂质土上，不仅养分含量低，而且更容易发生淋洗损失。
表4 土壤养分丰缺参考指标（mg/kg）
对于土壤镁本底值低、易发生流失的地块，可以通过土壤检测来确定土壤的养分状况并合理施肥。根据土壤养分丰缺指标（表4），土壤交换性镁含量低于25mg/kg时，土壤镁含量低，会影响作物的正常生长；而有些需镁量高的作物，土壤交换性镁含量低于50mg/kg时，即需补充镁。土壤营养诊断可作为重要参照依据，指导田间的养分管理。
2、土壤离子间相互作用导致的缺镁
土壤各营养元素间存在相互作用，镁离子是阳离子，土壤中其它阳离子的含量过高会抑制镁离子的吸收，发生离子间的拮抗作用。在酸性土壤上，发生缺镁症状可能不仅仅是因为土壤镁含量低，还有可能是土壤中的H+、Al3+含量过高。在高产农业体系中，钾肥的大量投入是造成植物缺镁的重要原因。表5 添加K+和Ca2+（0.25mM）对大麦苗吸收Mg2+的影响
Schimansky等(1981)用大麦做的一个培养实验，用28Mg做同位素标记，在培养液中添加钙离子和钾离子，一段时间后测定大麦根系和地上部的镁离子含量。结果显示（表5），相较于单独供应镁离子，增加钙离子后大麦根系和地上部的镁离子吸收量明显下降，同时增加钙离子和钾离子供应，极大地减少了大麦根系和地上部中镁离子的含量，表明Ca2+、K+等阳离子的存在抑制了根系对Mg2+的吸收。图2 哈密瓜叶片缺镁早期症状
钾镁拮抗的现象在田间经常能观察到。在海南的哈密瓜种植中，从留坐果枝到顶部叶片完全展开，这期间能观察到植株的中下部叶片出现缺镁斑驳的症状，在授粉后逐渐由底部叶片向上部叶片症状逐渐减轻直到解除。这种现象发生的原因有可能是，从留坐果枝时，开始施用高钾的肥料，砂质土中镁离子含量本来就不高，大量钾的投入抑制了镁离子的吸收，而且这一时期植株没有摘顶，新叶的展开需要相当数量的镁，造成植株缺镁。而在植株摘顶后，顶部叶面全部展开，此时根系吸收的镁再分配到中下部叶片中，解除缺镁症状。图3 哈密瓜正常叶片（左）和黄化斑驳叶片（右）
为了验证以上推断，在田间采集了三个哈密瓜品种的斑驳状叶片和正常叶片，测定叶片干物质中钾镁含量。从趋势上可以看出，出现斑驳的叶片钾的含量一般较高，而镁的含量均低于正常叶片中的含量，说明钾镁离子间的相互作用导致了叶片出现缺镁斑驳的症状。
表6 哈密瓜叶片诊断结果
除了钾和钙以外，土壤中过多的其它阳离子也会影响到镁的吸收，例如Mn2+、NH4+等，同样的同电荷的阴离子之间也存在类似的相互作用。其发生原因，与根系对养分离子的吸收机制有关。
根系对养分的吸收发生在根土界面上，养分离子的吸收实际上是穿透细胞膜的跨膜运输，离子的跨膜运输需要借助存在于生物膜上的转运蛋白完成。转运蛋白包括3种类型：通道（channel）、载体（carrier）和泵（pump）（如图4所示）。沿着电化学势梯度方向转运的称为被动运输，不需要消耗能量，通过通道和载体扩散的属于被动运输；逆电化学势梯度方向转运的称为主动运输，需要消耗能量（ATP），通过离子泵转运的属于主动运输。图4 生物膜上的转运蛋白（示意图）
一般Ca2+、Mg2+、K+等阳离子进入细胞是沿它们的电化学梯度进行的被动运输（在外界离子浓度低时也可进行主动运输），但K+和Ca2+主要通过通道蛋白进入细胞，Mg2+通过载体蛋白进入细胞。通道是一种类膜蛋白，它们在膜上形成选择性的孔道，只要孔道开放，离子的跨膜运输非常迅速；而载体蛋白没有形成完全跨膜的孔道结构，需要先与被运输物质结合，再发生构象变化，最终将离子转运到膜的另一侧。载体运输相较于通道运输，速度很慢。
K+、Ca2+和NH4+等对Mg2+吸收的拮抗机理，在于竞争细胞内部的负电势，而Mn2+、Cu2+等离子对Mg2+的拮抗作用在于竞争结合位点，因此外界阳离子浓度较高时，会抑制根系对镁离子的吸收。图5 植物细胞中质膜和液泡膜上的转运蛋白
综上所述，在施肥时偏施钾肥、铵态氮肥，以及施入大量的石灰调节土壤酸性，都有可能加剧植株缺镁的现象。但不是所有的情况下阳离子间都是拮抗作用，在低浓度下反而会促进相互吸收。因此，在田间管理上注重养分的均衡施入显得尤为重要。
植物镁的补充途径
镁元素的补充，要根据植物发生缺镁的原因采取针对性的措施。针对土壤缺镁或者作物需镁量大的情况，要适量补充镁肥；针对土壤养分不平衡造成的缺镁，除了要合理补充镁肥外，还要控制其它养分的投入。
1、施用镁肥
镁肥按照溶解性可分为水溶性、微溶性和难溶性镁肥。水溶性镁肥溶解快、易被植物吸收，如硫酸镁、硫酸钾镁、氯化镁等；微溶性镁肥肥效慢，持效性长，如钙镁磷肥、白云石粉、磷酸镁铵等；难溶性镁肥，如蛇纹石、菱镁矿等，是加工镁肥和镁盐的原料，一般不做肥料直接施用。
选择镁肥的种类，要考虑作物的生育特征、土壤情况以及田间管理的便利性。对于长期作物或者作为基肥使用，可以选择微溶性的长效镁肥，如钙镁磷肥或磷酸镁铵等，钙镁磷肥是碱性的，对于调节土壤酸性有一定的作用；对于短期作物或者作为追肥使用，可以选择硫酸镁、氯化镁等，具有灌溉设施的地块，可以结合灌溉系统施用。短期缓解植物的缺镁症状，还可以通过根外追肥（叶面肥）补充镁肥，硫酸镁是常见的叶面镁肥，市售的叶面镁肥还有一些有机螯合/络合的产品，例如糖醇镁、LSA-镁（木质素磺酸络合镁）等，叶面吸收的效果更佳。
镁肥的施用量，要根据作物的需肥量、土壤的营养状况、养分利用率和阶段营养需求综合来决定。生产上，一般基肥亩施用1-1.5kg Mg即可，发生缺镁症状可每亩施用5-10公斤左右的硫酸镁，再观察效果。
2、均衡施肥
鉴于K+、Ca2+、NH4+等多种土壤阳离子在浓度较高时对Mg2+的竞争性吸收抑制，在田间管理中要避免单次投入大量的上述养分，过量的养分不仅会加剧对其它营养元素的缺乏症状，而且过量施肥养分利用率低、易损失，对植株、土壤、环境以及生产成本都是负担。
对于一些速生性的瓜果类，短期需钾量高的作物，在补充大量钾肥的情况下，要同时补充镁等其它元素，或者叶面补充镁肥，保证镁元素供应充足。利用石灰调节土壤酸性的，也要考虑到大量钙的投入对其它营养元素的影响，适量增加镁肥的投入，以维持土壤均衡的养分供应。
作者：苏效坡，文章来源：华南农大作物营养与施肥研究室 微信公众号
