劉書池，胡玉福，舒向陽，何 佳，王 琴，李正青，李 智，陽 帆，李玥秋

（四川農業(yè)大學資源學院，成都 611130）

鎂是葉綠素分子的中心原子，也是葉綠素中唯一的金屬元素，對維持葉綠體結構具有舉足輕重的作用[1-3]。I.Cankmak 等[4]研究指出，植物缺鎂會對植物芽和根之間的干物質及碳水化合物之間的分配產生重要影響；郝遒斌等[5-6]研究表明，植物鎂缺失還將直接降低植物葉綠體內基粒數(shù)、類囊體數(shù)，進而影響植物光合作用。如今鎂已經(jīng)被土肥學者看作是繼氮、磷、鉀之后植物的第四大必需的營養(yǎng)元素，鎂素對植物的營養(yǎng)和鎂肥的應用也已成為國際農學界和土肥界關心的熱點問題[7-11]。

近年來，大多數(shù)研究表明施用鎂肥能顯著提高作物產量并促進作物對礦質元素的吸收[12-18]。但也有部分研究結果不盡相同，如肖常沛等[19]的盆栽試驗結果表明，施鎂對黃瓜、小白菜、辣椒和番茄有明顯的增產效果，而A.Biesiada 等[20]的盆栽試驗結果表明，葉面噴施鎂肥對菠菜增產效果不明顯；就增產幅度而言，孫剛等[21]研究表明施鎂對烤煙的增產幅度為3.6%，而洪火奇[22]研究表明施鎂對烤煙的增產幅度可高達14.28%～19.19%。在施鎂對作物礦質元素吸收影響方面，黃東風等[8]研究表明施鎂能明顯提高蔬菜對N、K 的吸收量，而周世民等[23]研究發(fā)現(xiàn)施鎂會降低煙葉中N、K 的含量。A.Francker[24]通過3年田間試驗研究發(fā)現(xiàn)，施鎂能促進甜菜對Ca的吸收，而曾睿等[25]研究結果表明隨施鎂水平的增加，煙葉含Ca 量逐漸降低，Mg 和Ca 之間存在著一定的拮抗關系。

眾多研究者均是基于某一種單一作物在某一地區(qū)進行單個試驗分析，因而其結果均依賴于特定的作物、環(huán)境和土壤屬性。為了整體認識不同條件下施鎂對作物產量及礦質元素吸收的影響，須利用這些相對獨立的研究進行大樣本數(shù)據(jù)的綜合分析。Meta-analysis 方法可以定量化地綜合現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析某種措施的綜合效應，已被應用于分析深松對小麥玉米產量的影響[26]、馬鈴薯地膜覆蓋產量效應分析[27]等。因此，本文基于1990—2016年鎂肥施用對作物產量及礦質元素吸收的研究數(shù)據(jù)，應用Meta-analysis 方法定量分析鎂肥施用對作物產量及礦質元素吸收的影響，旨在揭示和明確鎂肥施用對作物的綜合效應，彌補傳統(tǒng)review articles 的不足，并為提高作物施肥管理和營養(yǎng)元素調控提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)從中國知網(wǎng)和Google Scholar 文獻數(shù)據(jù)庫，通過設置檢索時間“1990—2016年”以及“鎂”和“植物”這2 個關鍵詞，搜集了國內外公開發(fā)表的有關施鎂對作物產量及礦質元素吸收影響的田間試驗研究論文。由于應用Meta-analysis 方法進行數(shù)據(jù)分析時，需要輸入標準差等信息，本研究基于以下4 個標準對研究數(shù)據(jù)進行了篩選：①同一試驗必須包括配對的處理組和對照組，對照為不施肥；②文中明確給出施肥肥料類型；③試驗為長期定位的田間試驗；④試驗地、試驗年份、試驗作物等基本信息清晰。基于以上4 個篩選標準，共獲得符合標準的文獻43 篇（見表1）。采用Microsoft Excel 2010 軟件建立了相關數(shù)據(jù)庫，內容主要包括：作者、試驗點概況、種植概況、試驗點土壤理化性質、作物品種等。數(shù)據(jù)庫中收錄有水稻、烤煙、小白菜、玉米、馬鈴薯、番茄等十一種作物，種植區(qū)土壤為酸性至微堿性，施用鎂肥類型多為硫酸鎂和氧化鎂。在數(shù)據(jù)搜集過程中，如果數(shù)據(jù)是以圖的形式展示，則采用GetData Graph Digitizer 2.26.0.20 軟件來獲得。在Meta-analysis 分析中，各研究的標準偏差是一個重要的參數(shù)，反映各研究結果的重要程度。按照文獻提供的信息，若原文獻提供標準偏差時，直接采用文獻中的值；當原文獻沒有提供標準偏差但列出多個重復試驗的產量值時，根據(jù)常用方法計算標準差；當原文獻既沒有列出標準偏差也沒有試驗重復的產量值，但包含了多年的試驗數(shù)據(jù)時，將多年產量數(shù)據(jù)看作試驗重復，進行標準偏差計算[28-29]。

1.2 Meta-analysis 分析

使用反應比R 的自然對數(shù)（ln R）作為效應值[30-31]：

ln R=ln（Xe/Xc)

式中，Xe 和Xc 是試驗組和對照組的產量或礦質元素吸收的平均值。利用R 軟件對原始數(shù)據(jù)進行分析，得到平均效應值。若效應值ln R＞0，則說明產生了正效應，表明鎂肥的施用引起了作物產量及對礦質元素的吸收量的增加；若效應值ln R＜0，則說明產生了負效應，表明鎂肥的施用引起了作物產量以及對礦質元素的吸收量的減少。

1.3 相關分析

皮爾森相關系數(shù)（Pearson correlation coefficient)也稱皮爾森積矩相關系數(shù)（Pearson product-moment correlation coefficient），是一種線性相關系數(shù)[32]。皮爾森相關系數(shù)是用來反映2 個變量線性相關程度的統(tǒng)計量。相關系數(shù)用r 表示，r 描述的是兩個變量間線性相關強弱的程度。r 的絕對值越大表明相關性越強。

表1 符合篩選標準的文獻Table 1 Documents that match the filter criteria

2 結果與分析

2.1 鎂肥施用對作物產量的影響

與不施鎂肥相比，施用鎂肥能提高水稻、烤煙、小白菜、番茄等作物的產量。本研究綜合了135 組關于鎂肥施用對作物產量影響的田間試驗數(shù)據(jù)，分析結果表明，鎂肥施用對作物產量的綜合效應值呈現(xiàn)出正態(tài)分布特征，其分布范圍為-0.426 1～0.266 8，均值為0.063 4（圖1）。

圖1 施鎂對作物產量的綜合效應值Figure 1 The combined effect of magnesium application on crop yield

以水稻為例，施用鎂肥對水稻的粒重、結實率和穗數(shù)均有所提高（圖2）。在搜集的30 組粒重數(shù)據(jù)，24 組結實率數(shù)據(jù)和18 組穗數(shù)數(shù)據(jù)中，鎂肥施用對水稻粒重、結實率和穗數(shù)的綜合效應值均呈現(xiàn)出正態(tài)分布特征。其中，對粒重的綜合效應值的分布范圍為-0.003 6～0.082 7，平均值為0.020 2（圖2a）；對結實率的綜合效應值的分布范圍為-0.069 7～0.111 2，平均值為0.019 7（圖2b）；對穗數(shù)的綜合效應值的分布范圍為-0.066 1～0.094 4，平均值為0.028 9（圖2c）。而粒重、結實率與穗數(shù)都是反應水稻產量的重要指標，故施用鎂肥可以提高水稻的產量。

2.2 鎂肥施用對作物礦質元素吸收的影響

圖2 施鎂對水稻產量的綜合效應值Figure 2 The combined effect of magnesium application on rice yield

如圖3所示，整合分析結果表明施用鎂肥均能在一定程度上促進作物對N、P、K、Mg 的吸收，但對Ca 吸收的整體影響效應為負。在搜集的55組N 吸收數(shù)據(jù)，17 組P 吸收數(shù)據(jù)，49 組K 吸收數(shù)據(jù)，47 組Mg 吸收數(shù)據(jù)以及20 組Ca 吸收數(shù)據(jù)中，鎂肥施用對作物對N 吸收的綜合效應值的分布范圍為-0.390 4～1.045 7，平均值為0.021 1；對P 吸收的綜合效應值的分布范圍為-0.079 6～0.438 3，平均值為0.079 4；對K 吸收的綜合效應值的分布范圍為-0.237 4～0.575 5，平均值為0.007 6；對Mg 吸收的綜合效應值的分布范圍為-0.550 0～0.602 5，平均值為0.165 1；而對Ca 吸收的綜合效應值的分布范圍為-0.405 5～0.164 3，平均值為-0.106 9。

2.3 相關分析

本研究特別分析了施鎂后作物對Mg 吸收的綜合效應值與施鎂后作物對Ca 吸收的綜合效應值的相關性。如圖4所示，整合分析結果表明，施鎂后作物對Mg 吸收的綜合效應值與施鎂后作物對Ca 吸收的綜合效應值呈現(xiàn)出顯著的負線性相關關系（P＜0.01），這表明隨著作物對Mg 吸收的增加，作物對Ca 的吸收會明顯降低，說明作物對Mg 與Ca 的吸收之間存在著一定的拮抗關系，施鎂不利于作物對Ca 的吸收。

圖3 施鎂對作物礦質元素（N、P、K、Mg、Ca）吸收的綜合效應值Figure 3 The combined effect of magnesium application on the absorption of crop mineral elements （N,P,K,Mg,Ca)

圖4 施鎂后作物對Mg 吸收的綜合效應值與對Ca 吸收的綜合效應值的相關分析Figure 4 Correlation analysis of combined effect of Mg uptake and total effect on Ca uptake after application of magnesium

3 討論

本研究數(shù)據(jù)庫中收錄有水稻、烤煙、小白菜、玉米、馬鈴薯、番茄等11 種作物，其中多數(shù)作物對鎂元素的敏感性較強[33]。種植區(qū)土壤為酸性至微堿性，而酸性土壤中鎂元素淋失較多，有效鎂含量較低。除此以外，H+、Al3+等的拮抗作用也是造成缺鎂的原因之一[34]。試驗中施用鎂肥類型多為硫酸鎂和氧化鎂，施用操作簡單易行。

3.1 鎂肥施用對作物產量的影響

高菊生等研究表明，施用鎂肥能促進水稻分蘗，有利于水稻生長發(fā)育，提高植株抗病性，從而增加水稻的產量[35]。吳正舉等[36]研究發(fā)現(xiàn)施鎂能改善烤煙的生長狀況，提高煙株葉片的葉綠素含量，增強煙株的抗病性，提高煙葉的產量和產值，這可能與施鎂可以增強煙株光合作用，促進根系發(fā)育，而發(fā)達根系又有利于煙株對營養(yǎng)物質的吸收有關。因此，在一定范圍內施用Mg 肥可顯著促進烤煙的生長發(fā)育和干物質積累，從而提高烤煙的產量[37-41]。潘住財研究表明施鎂能夠有效地增加小白菜的生物產量，與常規(guī)化肥施用相比可增加小白菜產量20.4%～31.7%[42]。韋啟光等[43]研究發(fā)現(xiàn)施鎂能促進番茄生長，顯著提高結果數(shù)，增加果重，緩解爛果情況，故對番茄產量的提高有明顯作用。本研究整合分析結果表明，施用鎂肥能夠提高水稻、烤煙、小白菜、番茄等作物的產量，其綜合效應均值為0.063 4，這與當前大多數(shù)研究結果相符。

3.2 鎂肥施用對作物礦質元素吸收的影響

Ding Y.C.等[44]研究結果表明，馬鈴薯莖部對N、P和Mg 的吸收量隨著鎂肥施用量（0、75、300 kg/hm2）的提高而增加。黃東風等試驗結果顯示，施鎂能明顯提高小白菜對N、P、K、Mg 等營養(yǎng)元素的吸收量[8]。汪洪等[5]研究發(fā)現(xiàn)缺鎂會影響烤煙對P 的吸收，原因主要在于缺鎂會導致葉綠體中的光合磷酸化和羧化反應受影響，蛋白質的合成減少，從而破壞生物膜的穩(wěn)定性，致使煙草根系吸收PO43-能力下降。大量田間試驗表明，隨著施鎂水平的增加，煙葉含Ca 量逐漸降低，說明施Mg 不利于Ca 的吸收。因此，在調整施肥措施的同時，應考慮到Mg 與Ca 的拮抗關系，確定適宜的施鎂水平，調節(jié)Ca/Mg 以提高煙葉質量[25]。這也與介曉磊等[45]開展的不同Ca 水平對煙葉Mg 含量研究結果一致。本研究整合分析結果顯示，施鎂對作物對N 吸收的綜合效應均值為0.021 1，對P 吸收的綜合效應均值為0.079 4，對K吸收的綜合效應均值為0.007 6，對Mg 吸收的綜合效應均值為0.165 1，而對Ca 吸收的綜合效應均值為-0.106 9。結果說明施鎂能普遍促進作物對N、P、K、Mg 等礦質元素的吸收，但對Ca 吸收的整體影響效應為負，這也與當前大多數(shù)學者的研究結果相一致。

4 結論

本研究探討鎂肥施用對作物產量及礦質元素吸收的影響，整合分析結果表明：

①與不施鎂肥相比，施鎂能提高酸性至微堿性土壤上水稻、烤煙、小白菜、玉米、馬鈴薯、番茄等作物的產量，其綜合效應均值為0.063 4。

②施鎂能普遍促進作物對N、P、K、Mg 等礦質元素的吸收，其綜合效應均值分別為0.021 1、0.079 4、0.007 6、0.165 1；對Ca 吸收的整體影響效應為負，綜合效應均值為-0.106 9。

因此，酸性至微堿性土壤上鎂肥的施用對于提高作物產量，促進作物對礦質元素的吸收具有重大意義。