镁元素在农业上的作用

发布日期：2021-02-05 浏览次数：34

1镁在植物生长发育中的作用
1.1镁与植物光合作用
镁存在于植物体内叶绿素分子中心，占叶绿素分子量的2.7%，对于维持叶绿体结构具有举足轻重的作用。植物一旦缺镁，叶绿体结构受到破坏，基粒数下降、被膜损伤、类囊体数目降低。镁对类囊体膜的主要作用是在分子水平上维持天然色素、作用中心和膜的一定构象，维持电子载体之间的密切关系，以保证光能的有效吸收、传递和转化。左宝玉等研究发现，补充镁素不仅可使基粒片层和基质片层界限分明，垛叠有序，而且可使基粒类囊体膜之间垛叠更加紧密；而在无镁的情况下却松散成各种状态。基粒的垛叠意味着捕获光能机构的高度密集，有利于光合膜色素间的能量传递，高效利用所吸收的光量子并迅速地把它们转化为化学能。研究表明，镁能逆转亚麻酸对光合膜造成的损伤。有研究表明，缺镁植物叶片容易发生或加剧光抑制现象。适量施Mg2+可促进其生长发育，改善其植物学性状，增加质体色素(叶绿素和类胡萝b素)含量，提高植株光合强度，显著增加产量。
1.2镁与植物酶活化
镁是多种酶的辅助因子。参与植物体光合作用、糖酵解、三羧酸循环、呼吸作用、硝酸盐还原等过程的酶，几乎都需要镁来激活。在叶绿体中的1,5-二磷酸核酮糖（RuDP）羧化酶的激活中，镁提高了酶与二氧化碳的亲和性。镁在ATP或ADP的焦磷酸盐和酶分子之间呈桥式结合，ATP酶的活化就是通过这种复合物引起的。涉及三磷酸腺苷（ATP）磷酸转移的大多数反应都需要镁。一般认为，镁与磷酸功能团生成螯合结构，形成一种在转移反应中达到最大活性的构型。能量转移的基本过程发生于光合作用、糖酵解、三羧酸循环和呼吸过程中，所以，镁在光合作用、糖酵解和三羧酸循环等几乎所有磷酸化过程的酶促反应中都发挥了辅助因子的作用。
1.3镁与蛋白质和脂肪合成
镁是核糖体的结构组分，可稳定核糖体颗粒在蛋白质合成中所需的构型，还可激活氨基酸生成多肽链，进而合成蛋白质。镁与植物中合成油脂有关，它与硫一起作用，油脂含量会大大提高。
1.4镁与植物衰老
缺镁叶片，光合同化力NADPH供给暗反应的能量减少，积累过剩电子传递给氧，使植物体内活性氧含量大大增加，过度的活性氧引发和加剧生物膜脂过氧化作用，膜系统受到破坏，膜透性增加，细胞内生理生化反应紊乱，在植物外观上表现烧灼、失绿、坏死症状。叶绿素丧失是植物叶片衰老最明显的外部特征。
2土壤镁元素状况
2.1土壤中的镁含量
地壳中镁含量平均为21g/kg。由于含镁矿物风化，镁遭淋失，土壤中镁含量平均为5g/kg，土壤镁含量变幅相当大，范围为0.5-40.0g/kg，但大多数土壤的含镁量为3-25g/kg。我国南方地区全镁含量一般是0.6-19.5g/kg，平均为5g／kg左右；北方土壤含镁量一般为5-20g/kg，平均为10g/kg左右，一般砂土为0.5g／kg、粘土为5g／kg。谢建昌等曾对红壤区几种主要土壤的镁素供应状况进行调查，发现在我国大面积的红壤中，全镁量一般为0.6-3.0g／kg，进而把土壤的镁素供给力分为3类，第l类是镁素含量丰富、供给力高的土壤，如紫色土，全镁含量超过30g/kg；第2类供给力中等，如华中地区的红壤；第3类供给力低，如华南红壤和华中的第四纪红色粘土红壤等，全镁含量仅lg/kg。福建省主要土壤类型中，除盐土镁含量较高外，其他土壤平均为3.3g/kg。
2.2土壤中的镁形态
土壤中镁的存在形式分有机形态和无机形态，无机形态是主要存在形式，包括矿物态镁、代换态镁和存在于土壤溶液中的镁，但不同形态之间可以相互转化。其中，矿物态镁是土壤镁的主要形态，包含在原生矿物和次生矿物晶格和层间镁，占全镁量得70%-90%。土壤的含镁矿物以硅酸盐为主，如橄榄石、黄长石、辉石、角闪石、黑云母等。矿物态镁不溶于水，但大多溶于酸，能被稀酸溶解的矿物态镁，称为酸溶性镁或非交换态镁，这是矿物中较易释放的镁，可作为植物利用的潜在有效镁，也称缓效性镁，占全镁量的5%-25%。我国土壤中的缓效镁大致为0.015-6.700g/kg。代换态镁是被吸附在胶体表面并能被一般代换剂代换出来的镁，也称交换性镁，一般占全镁量的1%-20%，个别可高达25％，平均5%。我国南方一些土壤中的交换性镁含量为0.007-0.267g/kg，个别的高达1.655g/kg，一般占全镁量的1.3%-10%；北方土壤交换性镁含量在0.1-0.6g/kg。交换性镁是作物可利用的主要有效镁，是土壤镁肥力的重要衡量指标，其含量随着土壤深度的增加而增加，耕层含量相对最低。
土壤溶液中的镁与胶体上吸附的镁相平衡，因此，土壤溶液中的镁随着胶体上吸附镁的含量和饱和度增加而增加，同时也与硫酸镁、碳酸镁等固相平衡，且与pH值有一定关系。所以，土壤质地对土壤溶液中的镁含量影响较大。土壤溶液中的镁含量一般为0.003-0.06g/kg，仅占交换性镁含量的百分之几。有机态镁在土壤中所占比例不高，平均不足1%，除了结合在有机成分中尚未分解的外，多数以络合或吸附形态存在。
2.3土壤中的镁流失
淋洗和排水是土壤镁损失的主要途径，损失量达3.0-39.0kg/hm2，多雨地区和砂质土壤镁的淋溶损失更严重，淋失量高达90.0kg/hm2。镁很容易从土壤中流失，一方面是由于钾、镁的拮抗作用，另一方面是因为Mg2+外包有很厚的水化层，使负电荷对其吸引力减弱，导致镁的淋失。冉邦定通过调查发现，云南主烟区屡有缺镁症状发生，且多发生在8月中下旬至9月上旬，这与7—8月降雨量大有关。镁是土壤中极易淋失的元素之一。气候湿热、pH值小、降雨量大、施用石灰、过磷酸钙和氯化钾都会加重代换性镁的淋失，在盐碱干旱地区进行灌溉时，也会造成土壤镁盐通过淋洗而损失。李士敏等研究发现，贵州壤山区，高温多雨，风化淋溶作用强烈，土壤镁淋失量大，加上不合理的施肥方式，使得旱地有效镁的数量普遍较低。因此，在强酸性缺磷的黄壤旱地上极易出现缺镁现象。贵州省环境保护科学研究所的研究结果表明，表土层是—个钙、镁贫乏层，有效态镁在土层中的含量仅为0.09g/kg。另外，我国有大面积的红壤性土壤及由红壤发育成的酸性水稻土，其钙、镁均很贫乏。尤其南方高温、多雨的气候条件，再加上施用石灰、过磷酸钙和氯化钾，造成土壤中镁的风化、淋溶均较强烈，土壤中可溶性镁淋失严重，致使土壤中含镁量严重不足。有研究发现，在我国大面积的红壤中的代换性镁量一般仅占全镁的4%左右，并且固定态镁转变为有效态镁的速度缓慢，土壤的有效性镁量一般偏低。
3镁与其他元素的相互作用
3.1镁和钾的拮抗。
关于镁和钾之间的拮抗关系，国内早已证实。在同等氮磷施用量的前提下，增施钾肥均使植株镁浓度显著降低。但也有研究认为，只有当土壤极端缺镁时，钾才会加剧缺镁。国外研究资料也表明，钾肥抑制了各种作物对镁的吸收心，如高含量K+会导致苹果叶中Mg2+不足；当营养液中无K+时，大豆对孵+的吸收特别快。一般认为，两元素互相拮抗的主要原因是植物细胞带负电荷，大多数阳离子能被细胞负电荷所吸引，因此当某种阳离子进入细胞后，细胞去极化，从而阻碍了其他阳离子的吸收。也有解释为K+作为一价离子对胶体的吸持力比二价离子Mg2+小得多，胶体对Mg2+的倾向性降低了代换镁的活动性，从而抑制了Mg2+的利用。也有学者认为是由于Mg2+由根系向地上部分的运输过程受阻。因为在以阳离子形式吸收的矿质养分中，高水平的Mg2+对根原生质膜上的结合单位的亲和力特别低，其他阳离子对Mg2+的竞争相当强，从而会大大减低镁的吸收速率。也有研究表明，镁对钾的吸收有影响。如低钾水平时，低量的镁能促进植物对钾的吸收，而当土壤中的镁能满足作物正常生长发育需要，钾不足时，施用镁肥相对降低了作物对钾的吸收，此时植物中镁的含量比钾高得多，钾充足时，施用镁肥则表现出正效应。
3.2镁和钙的拮抗
一般认为，钙会降低作物对镁的吸收。镁和钙的拮抗作用可能是在质外体交换位点上竞争，在液泡负电荷平衡上，两者可能相互替代。相反，大量的镁会使交换性钙的活动性降低。但也有试验表明，供钙浓度在一定范围内，Ca2+并不与Mg2+拮抗或协助，Mg2+吸收速率在不同供钙浓度下几乎是稳定的。
3.3氮磷施用的影响。
有研究指出，铵态氮会减少烟株对镁的吸收。NH4+拮抗镁吸收的原因可能是植物吸收NH4+后，根际pH值降低，H+拮抗镁的吸收。增加磷酸用量可导致镁的减少，镁是烟株内磷酸移动及其生理作用必不可少的元素，当烟株大量吸收磷酸时，镁就会显得不足。
3.4镁与维生素A和维生素C
在细胞质代谢过程中，镁中和有机酸具有稳定细胞酸碱度的作用，参与许多蛋白质合成和酶促反应，镁能促进维生素A和维生素C的合成。