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镁元素在植物中的重要性及镁肥施用

杏耀-杏耀娱乐-杏耀官网_杏耀平台网址 时间:2019年11月27日 03:50

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。杏耀平台注册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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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1-1.5kgMg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。

  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。

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