镁（Mg）是植物生长所必需的中量元素之一，它的缺乏会影响植物行使正常生理功能。叶绿体是植物进行光合作用的重要场所，含有植物体中约 35% 的镁^[1]。镁不仅是叶绿素的中心元素，也参与了叶绿素合成过程中所必需的酶的组成。镁离子 （Mg²⁺）可增强植物体内的酶活性，进而影响植物的生长发育，如通过增强氮代谢限速酶（NR）和谷氨酰胺合成酶的活性来促进氮代谢^[2]，通过增强核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶的活性来增强碳同化速率^[3]。缺镁时，活性氧氧化更易对植物造成危害。

由于 Mg²⁺ 水合半径大、易淋溶，以及 K⁺、Ca²⁺ 等竞争性阳离子的拮抗作用，即使处于镁浓度较高的土壤中，植物也会缺镁^[4]。当前，我国有 63% 以上的土壤缺镁或严重缺镁，每年至少需要补充 984 t 镁肥，而大田生产中，农户对镁肥的认知不足，少施甚至不施镁肥^[5-6]。

研究发现，施用镁肥能够提高作物的产量、提升植物营养吸收速率和果实品质。在田间生产中，增施镁肥可显著提高水稻的产量，减轻因缺镁而造成的黄叶现象^[7]。即使是在土壤镁含量较高的地区，叶面喷施镁肥也能增加水稻产量^[8]。施用镁肥可提高冬小麦的氮吸收速率，促进线椒吸收氮、磷、钾元素^[9-10]。除此之外，镁肥的施加还能够提高柚叶的叶绿素含量^[11]，提高温州蜜柑的果实品质^[12]。

李娟等^[13]在烤烟上施用了硫酸镁、氧化镁、白云石粉、钙镁磷肥 4 种常用的镁肥品种，在等量镁的情况下，各处理中以氧化镁处理的长势最好，烤烟镁含量和吸收量以及叶绿素的含量最高；总生物量和烟叶产量也最高。冯小虎等^[14]研究了 4 种形态镁肥即硫酸镁、氧化镁、碳酸镁、硝酸镁对江西烟区烤烟质量的影响，结果表明，施用硝酸镁和氧化镁较硫酸镁、碳酸镁能促进烟株生长，提高叶片单叶面积、单叶重、上等烟比例及中上等烟比例，其中以氧化镁处理表现最好，烟叶内在质量最佳。赵冰等^[15]研究了硫酸镁、氧化镁、活化氧化镁对番茄的肥效，活化氧化镁镁肥的处理番茄生长后期叶片的叶绿素含量、株高及挂果数量明显优于仅氧化镁镁肥的处理；果实产量和生物量显著增产甚至优于硫酸镁处理。已有研究表明，合理施用镁肥对于作物的生物量和经济产量有一定的提高，且不同形态的镁肥提高效果不同。在生菜上研究镁肥效应的报道较少，施用螯合镁、氢化镁和镁粉形态镁肥的报道也较少。

本研究采用 5 种不同形态的镁进行试验，硫酸镁溶解性高，为速效态镁肥，酸性，使用广泛，在多年的生产中表现出了良好的应用效果^[16]。螯合镁溶解性高，为速效态，中性，稳定性好，用于多元复合肥时不易受到其他肥料元素的影响。氧化镁难溶于水，为缓效态镁肥，碱性，常用作基肥，肥效持久。氢化镁作为一种新型含镁储氢材料，缓溶于水，为缓效态，中性，由于其储氢能力高，与水反应时不仅产生 Mg²⁺，还会产生能提高植物抗逆性的富氢水，被认为是潜在的农药、化肥替代品^[17]。镁粉难溶于水，为缓效态，中性，与水反应也会释放氢气，放出热量。试验旨在探究 5 种不同种类的镁肥对生菜生长发育的影响，通过对施用镁肥后植株生长指标和生理指标的测定与数据分析，选出最佳镁肥种类及施用浓度，为镁肥的使用起到一定的指导作用。

1 材料与方法

1.1 试验材料和设计

生菜品种为罗马生菜（Lactuca sativa）。七水硫酸镁（MgSO₄·7H₂O）购于九鼎化学（上海）科技有限公司，螯合镁（Mg-EDTA）购于国药集团化学试剂有限公司，氧化镁（MgO）购于迈瑞尔实验设备（上海）有限公司，氢化镁（MgH₂）和镁粉（Mg）由上海交通大学材料科学与工程学院提供。试验基质配比为品氏泥炭土∶蛭石 =1∶1（v/v）， pH 值为 6.0，品氏泥炭土选用的规格是 1033407/ LV12665/Orange Gold/0～6 mm/300 L（ 氮：193.34 mg/kg，磷：189.39 mg/kg，钾：552.04 mg/kg，镁：3 9.42 mg/kg，硼：4.1 mg/kg，钼：19.6 mg/kg，铜： 17.3 mg/kg，锰：29.5 mg/kg，锌：9.4 mg/kg，铁： 90.5 mg/kg），每盆装土 5 kg。镁浓度设置为 0 mg/kg （L0）、3.5 mg/kg（L1）、7 mg/kg（L2）、14 mg/ kg（L3）（镁元素含量 / 基质重量），将镁肥施于基质中充分拌匀，于育苗穴盘中播种。选用均匀一致的生菜幼苗，每盆移栽 2 株。每个处理 3 个重复，每个重复 3 盆。盆栽试验于 2022 年 11 月 18 日至 2023 年 1 月 18 日在上海交通大学农业与生物学院温室中进行。当生菜幼苗长至三叶一心时，重新配置基质并将 5 种镁肥分别按照设定浓度施于基质中充分拌匀，配比及施肥浓度不变，将植株移栽至育苗盆中继续培育，在整个种植期间不施用镁肥以外的任何肥料，种植期间进行常规浇水和病虫害防治。培育至第 8 周，采收并检测相应指标。

1.2 测定方法

播种之后，每日进行观测，统计出苗率。采收时采用分析天平（ 精度 0.01 g）测定生菜植株地上部鲜重，用锡箔纸包裹后迅速放入液氮中，并转移至-80℃冰箱保存，待进行研磨及指标测定。其中，叶绿素含量、可溶性蛋白含量及可溶性糖含量的测定参照《果蔬采后生理生化实验指导》^[18] 的原理及方法，根据试验实际进行改进。

叶绿素含量采用 80% 丙酮提取法测定。称量并记录液氮研磨后的生菜叶片（0.1 g 左右），于 2.0 mL 的 EP 管中，加入 1 mL 80% 丙酮溶液，充分混匀后静置 5 min，12000 r/min 离心 10 min，采用有机系针式过滤器过滤上清，取 200 μL 于 96 孔酶标板中，测定 663 和 645 nm 处的吸光度值，根据 Arnon 计算公式可得到样品的叶绿素 a、b 及总叶绿素（a+b）含量。

可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝染色法测定，使用试剂盒 TaKaRa Bradford Protein Assay Kit。称量并记录液氮研磨后的生菜叶片（称取 0.1 g 左右），于 2.0 mL 的 EP 管中，加入 1 mL 去离子水，充分混匀后静置 5 min，4℃、12000 r/min 离心 20 min，取 4 μL 上清液于 96 孔酶标板中，每孔中各加入 200 μL 恢复至室温的染料溶液 Bradford Dye Reagent，充分振板后在室温下反应 5 min，测定 595 nm 处的吸光度值，代入标准曲线即可得到样品的可溶性蛋白含量。

可溶性糖含量采用蒽酮试剂法测定。称量并记录液氮研磨后的生菜叶片（称取 0.1 g 左右），于 2.0 mL 的 EP 管中，加入 1 mL 去离子水，充分混匀，水浴煮沸 30 min 后冷却至室温，12000r/ min 离心 10 min，稀释 10 倍，取 200 μL 于 96 孔酶标板中，测定 630 nm 处的吸光度值，根据蔗糖溶液制作的标准曲线可计算出样品的可溶性糖含量。

维生素 C 含量采用高效液相色谱法（HPLC） 测定。称量并记录液氮研磨后的生菜叶片（称取 0.1 g 左右），于 2.0 mL 的 EP 管中，加入 1.5 mL 提取溶液（甲醇∶0.1% 草酸溶液 =5∶95），涡旋 1 min，10℃、低频 25 min、高频 10 min 超声提取， 12000 r/min 离心 10 min，采用水系针式过滤器过滤上清液，取 180 μL 于溶剂贮器中，上机检测。将峰面积代入根据维生素 C 标品制作的标准曲线，可计算出溶液中的维生素 C 浓度，进而计算出样品中的维生素 C 含量。

1.3 数据处理与分析

使用 Excel 2021 处理数据及作图，使用 SPSS 26.0 统计分析数据，使用 Duncan 法（P<0.05）进行平均数间差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同种类镁肥对生菜种子萌发的影响

生菜种子播种后，最早于第 3 d 发芽，最晚于第 7 d 发芽。由图1 可知，镁肥的施加能显著促进生菜种子最早发芽率。其中，氢化镁的施用效果最显著，L1、L2、L3 处理下生菜种子的最早发芽率普遍比 L0 处理提高 5.25～6.25 倍，最终种子萌发率比 L0 处理提高 58%～63%，氢化镁 L2 处理对发芽率促进作用最大。其次是镁粉，L1、L2、 L3 处理下生菜种子的最早发芽率普遍比 L0 处理提高 1.5～2 倍，但只有 L2 处理能显著提高最终种子萌发率，比 L0 处理高 55%。硫酸镁 L1 处理下能显著提高生菜种子的最早和最终发芽率，分别提高 150% 和 53%。螯合镁 L1、L2、L3 处理下，生菜种子的最早发芽率比 L0 处理提高 1～1.5 倍，只有 L1 处理能显著提高其最终种子萌发率，比 L0 处理高 43%。氧化镁 L3 处理下能显著提高生菜种子的最早和最终发芽率，分别提高 125% 和 35%。

注：柱上不同小写字母表示相同镁肥不同施用水平处理间差异显著（P<0.05）。下同。

2.2 不同种类镁肥对生菜株高及地上部鲜重的影响

由表1 可知，和 L0 处理相比，硫酸镁 3 个处理都不能显著提高生菜的地上部鲜重；螯合镁 L2、L3 处理能显著增加生菜地上部鲜重，分别提高 81% 和 34%；氧化镁 L1 处理下生菜地上部鲜重提高 84%；氢化镁 L1 处理下生菜地上部鲜重提高 102%；镁粉 L2、L3 处理显著增加生菜地上部鲜重，分别提高 41% 和 62%。但是 5 种形态镁肥对生菜的株高没有显著的促进作用。

注：同列数据后不同小写字母表示相同镁肥种类不同用量处理间差异显著（P<0.05）。

2.3 不同种类镁肥对生菜叶绿素含量的影响

由图2 可知，对生菜施用氧化镁、氢化镁和镁粉可以显著提高其叶绿素 b 和总叶绿素的含量：氧化镁 L2 处理可以提高 91% 和 54%；氢化镁 L1、L2、 L3 处理下，叶绿素 b 含量分别提高 113%、147%、 122%，总叶绿素含量分别提高 57%、68%、57%；镁粉 L1、L2 处理下，叶绿素 b 含量分别提高 146% 和 83%，总叶绿素含量分别提高 70% 和 43%。硫酸镁的施用对生菜叶绿素含量没有显著影响。5 种镁肥的施加对生菜叶绿素 a 含量均没有显著影响。

2.4 不同种类镁肥对生菜可溶性蛋白含量的影响

由图3 可知，施加硫酸镁、氧化镁、氢化镁及镁粉能显著促进生菜中可溶性蛋白含量。硫酸镁 L1、L2 处理下，可溶性蛋白含量分别提高 60% 和 56%；氧化镁 L1 处理下可溶性蛋白含量能提高 55%；氢化镁 L1、 L2、L3 处理下，可溶性蛋白含量分别提高 65%、70% 和 96%；镁粉 L1 处理下可溶性蛋白含量能提高 86%。

2.5 不同种类镁肥对生菜可溶性糖含量的影响

由图4 可知，施加硫酸镁、螯合镁、氧化镁、氢化镁及镁粉都能显著促进生菜中可溶性糖含量。硫酸镁 L1 处理下可溶性糖含量提高 157%；螯合镁 L3 处理下可溶性糖含量能提高 28%；氧化镁 L1 处理下可溶性糖含量能提高 58%；氢化镁 L1 处理下可溶性糖含量提高 36%；镁粉 L2、L3 处理下，可溶性糖含量分别提高 53% 和 120%。

2.6 不同种类镁肥对生菜维生素 C 含量的影响

由图5 可知，施加硫酸镁、螯合镁、氧化镁、氢化镁及镁粉都能显著促进生菜中维生素 C 含量。与 L0 处理相比，硫酸镁 L1 处理下维生素 C 含量提高 154%；螯合镁 L1、L2 处理下，维生素 C 含量分别提高 296% 和 412%；氧化镁 L2 处理下维生素 C 含量提高 374%；氢化镁 L1、L2 处理下，维生素 C 含量分别提高 297% 和 320%；镁粉 L1、L2、L3 处理下，维生素 C 含量分别提高 373%、364% 和 356%。

2.7 5 种镁肥施用下生菜指标间的相关性及主成分分析

生菜各指标间的相关性结果如表2 所示。分析表明，生菜生长生理及营养成分指标之间存在不同程度的相关关系。地上部鲜重与株高表现出极显著 （P<0.01）的正相关性，最早发芽率与最终发芽率、总叶绿素表现出极显著（P<0.01）的正相关性，总叶绿素含量与叶绿素 a、b 表现出极显著（P<0.01） 的正相关关系，可溶性蛋白与最早发芽率表现出显著（P<0.05）的正相关性、与总叶绿素含量及叶绿素 a、b 表现出极显著（P<0.01）的正相关性。

注：* 表示差异显著（P<0.05），** 表示差异极显著（P<0.01）。下同。

运用 SPSS 26.0 对生菜所测得的所有指标进行主成分分析，并计算特征值、特征向量、贡献率和累计贡献率。表3 表明，前 3 个主成分的累计方差贡献率达到 78.80%，既包含了原始变量的大部分信息，也降低了变量的个数。根据特征值 >1 的原则，提取出 3 个主成分，特征值分别为 4.48、2.30 和 1.30。第一主成分 F1 的贡献率为 44.83%，特征向量中绝对值较大的分量分别是叶绿素含量、最早发芽率和可溶性蛋白，这 3 个指标从不同方面反映了 5 种镁肥不同施用浓度对生菜的影响。第二主成分 F2 的贡献率为 21%，特征向量中绝对值较大的分量分别是地上部鲜重、维生素 C 和株高。第三主成分 F3 的贡献率为 12.97%，特征向量中绝对值较大的分量分别是株高、最终发芽率和可溶性糖。

对筛选得到的主成分计算综合得分（表4）。由表4 可以看出，生菜主成分综合得分排名前 3 的依次是氢化镁 L1、L2 处理以及镁粉 L1 处理，最低的为 L0。故在氢化镁 L1 处理（镁浓度 3.5 mg/kg） 下，生菜的生长状况优于其他处理。

2.8 不同种类镁肥对土壤 pH 值的影响

通过电位法，检测添加不同镁肥后土壤 pH 值的变化情况。结果（图6）显示，施加氢化镁、氧化镁及螯合镁时，土壤 pH 值会随着施加镁浓度的提高而上升；而施加镁粉和硫酸镁时，土壤 pH 值会随着施镁浓度的提高先上升后下降。未添加镁肥时，试验土壤的 pH 值为 6.01，氢化镁、镁粉、氧化镁的施加使土壤 pH 值上升到 6.15～6.20，硫酸镁和螯合镁施加后，土壤 pH 值上升至 6.10～6.15。根据前面数据结果显示，氢化镁及镁粉施加效果普遍好于硫酸镁和螯合镁，可见，氢化镁及镁粉的施加不仅能补充土壤中的镁元素更能有效提高土壤 pH 值，使得土壤更适宜于生菜的生长。

2.9 镁肥形态和浓度与生菜各项指标间的相关性分析

分别计算 5 种镁肥不同浓度下生菜各指标间的相关性以及土壤 pH 值与生菜各指标间的相关性，结果如表5 所示。表5 表明，不同形态镁肥影响的主要生菜指标不同，硫酸镁镁肥浓度与总叶绿素表现出极显著（P<0.01）的正相关关系；螯合镁镁肥浓度与各项指标没有显著相关性；氧化镁镁肥浓度与种子萌发率表现出极显著（P<0.01）的正相关关系；氢化镁镁肥浓度与种子萌发率、鲜重和总叶绿素表现出显著（P<0.05）的正相关关系、与株高表现出极显著 （P<0.01）的负相关关系；镁粉镁肥浓度与株重、可溶性蛋白表现出极显著（P<0.01）的正相关关系，与可溶性糖、维生素 C 表现出显著（P<0.05）的正相关关系。

运用 SPSS 26.0 对不同形态镁肥和生菜所有指标进行相关性分析结果如表6 所示。表6 表明，施用不同形态的镁肥与鲜重、可溶性糖、维生素 C 表现出极显著（P<0.01）的相关关系，与种子萌发率表现出显著（P<0.05）的相关关系。说明施用的镁肥形态不同会影响生菜的鲜重、可溶性糖含量、维生素 C 含量与种子萌发率。土壤 pH 值和生菜各指标的相关性分析显示，生菜种子萌发率与土壤 pH 值呈显著正相关，生菜总叶绿素和可溶性蛋白与土壤 pH 值呈极显著正相关，说明施用镁肥后，土壤 pH 值的变化对生菜的生长发育及营养品质也会产生影响。

3 讨论

3.1 不同形态镁肥对生菜生长的影响

镁是农作物生长发育所需的重要营养元素，施加镁肥既能促进农作物体内糖类转化及代谢，也能促进脂肪和蛋白质的合成，从而提高产量。对于蔬菜来说，缺镁则会严重影响其产量和品质。已有研究发现，适量尿素与硫酸镁配合施用能明显增加生菜产量^[19]。但是，不同形态的镁肥对蔬菜的作用效果有差异。有研究表明，与传统硫酸镁相比，添加螯合镁更能大幅提高大白菜的产量^[20]；改性纳米氢氧化镁肥和纳米氢氧化镁的施用均能显著提高各个时期辣椒株高、茎粗及相对叶绿素含量等生理指标^[21]。本研究也证实，不同形态镁肥的施加对生菜生长发育的影响有差异。缓效态镁肥氧化镁、氢化镁及镁粉比速效态镁肥硫酸镁及螯合镁更能促进罗马生菜生长与生物量的积累，能显著提高其种子发芽率、地上部鲜重及叶绿素含量。此外，通过检测土壤 pH 值发现，不同形态镁肥能改变土壤 pH 值，但改变土壤 pH 值的能力不同，从而对生菜的生长发育及营养品质产生不同的影响。其中，氢化镁、氧化镁及镁粉因能与水反应生成氢氧化镁，它们的施加能使土壤 pH 值上升到 6.15～6.20，使土壤更适宜于生菜生长。

3.2 不同形态镁肥对生菜品质的影响

在营养品质方面，施加镁肥既能促进农作物体内糖类转化及代谢，也促进脂肪和蛋白质的合成，从而促进农作物体内维生素 A、维生素 C 的形成，提升品质。已有研究表明，适量尿素与硫酸镁配合施用能明显增加生菜维生素 C、还原糖等^[19]。与传统硫酸镁相比，添加氨基酸螯合镁大白菜的品质最佳，可有效提高大白菜叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白质及维生素 C 含量^[20]。本研究发现，缓效态镁肥氧化镁、氢化镁及镁粉也能显著提升生菜中可溶性糖及维生素 C 含量。与硫酸镁、螯合镁相比，氢化镁、镁粉及氧化镁更能全面提高罗马生菜的营养品质。由于氢化镁储氢能力强，与水反应时不仅产生 Mg²⁺，还能产生提高植物抗逆性的富氢水，镁粉与水反应也会释放氢气。而氢气本身被证实是动植物的生物调节剂。富氢水灌溉后收获的稻谷所含的必需氨基酸含量较高^[22]，以氢纳米气泡水形式应用分子氢可以增加糙米和白米的长度、宽度和厚度以及 1000 粒重，从而有效提高稻米品质^[23]。因此，对生菜施加氢化镁及镁粉时，镁元素、土壤 pH 值和氢气作用效果叠加，有效增强生菜叶绿素合成光合作用、生长代谢及抗逆能力，使生菜的产量及营养品质都得到大幅提升，主成分分析结果也表明，它们的综合施用效果优于其他形态镁肥。本研究仅研究了 5 种不同形态镁肥的作用效果，而关于不同形态镁肥与其他元素肥料施用的效果还有待进一步探究，为实际的生产实践提供一定的参考。

4 结论

本研究结果证实，施用新型镁肥氢化镁、镁粉的效果良好，可有效提高生菜种子萌发率、植株鲜重、叶绿素含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量和维生素 C 含量。与传统镁肥硫酸镁、氧化镁、螯合镁相比，氢化镁和镁粉都可以在较低的施用浓度 （3.5 mg/kg）下更显著地提升生菜的产量及品质，作为镁肥在生产中投入使用将有利于生菜营养价值的提升。

参考文献