重庆是我国清甜醇润香品格烟叶的典型代表产地之一^[1]，其烟叶种植面积约为2.7万hm²，主要分布在武陵和秦巴山区。作为该山区的支柱产业，烟叶种植对山区农民的脱贫致富有着重要的意义。镁作为叶绿素的重要组成部分，决定了叶绿素的结构和功能，适量的镁肥可以提高烤烟叶片镁含量，增加叶片叶绿素含量和光合速率，明显改善烟叶的燃烧性、香气质和余味，促进烟叶评吸质量^[2]。同时，提高烟叶镁含量能使烟叶品质指标如油分更充足，也使得烟叶燃烧性和香气指标更优，而镁过量和不足均会降低烟叶的燃烧性^[3]。

镁作为烤烟正常生长发育所必需的微量营养元素之一，参与烟株光合作用、碳水化合物代谢，如糖酵解、三羧酸循环等过程，土壤交换性镁与植物生长、产量和质量密切相关^[4]。我国南方高温多雨，土壤矿物易风化淋失，特别是山地红黄壤烟田的镁特别容易流失，供镁能力较弱，植烟土壤缺镁现象较为普遍，以往的研究主要集中在土壤镁素丰缺状况评价。如，谢榕榕等^[5]研究发现福建省烟区土壤酸化与缺镁现象较为突出，84.66% 的土壤处于镁缺乏或极缺乏状态。早在2010年，徐畅等^[6]调查得出，重庆市植烟区土壤普遍缺镁。潘金华等^[7]的研究表明，云南玉溪植烟区23.5% 的土壤缺镁。2012年，梁红^[8]调查发现，重庆植烟区土壤交换性镁偏低的占40.3%。对于土壤镁有效性的影响因素研究表明，土壤pH升高，土壤交换性镁含量增加^[9]；土壤其他化学性质，如土壤有机质含量、碱解氮含量和可溶性盐浓度(EC值)均可影响土壤交换性镁含量^[10]。王冰等^[11]研究表明，盐源县土壤交换性镁含量主要受前茬作物的影响。综上所述，土壤交换性镁含量丰缺状况可能与多种因素有关。

重庆烟区属于山区，人多地少，土壤连作年限大都超过30 a，属于常年连作的老烟区，土壤退化问题特别是营养非均衡化现象突出。目前还没有针对重庆市植烟土壤交换性镁含量的系统分析报道，尤其是成土母质、土壤物理化学等因素如何影响土壤镁有效性的研究报道。因此，利用大样本数据系统调查了重庆植烟区土壤镁素状况和时空分布特点，重点研究了土壤交换性镁与土壤类型、成土母质、海拔高度、土壤团聚体等因素间关系，掌握土壤交换性镁空间分布特征和影响因素是实现烤烟镁素养分精准管理的前提，该研究可为重庆烟区科学施用镁肥及开发特色优质烟叶提供理论及实践支持。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

重庆市位于长江上游地区，地理位置105°11′E ~ 110°11′E、28°10′N ~ 32°13′N，11个区县种植烤烟，主要分布在巫溪县、巫山县、奉节县、万州区、酉阳县、彭水县、黔江区、武隆区、丰都县、涪陵区和石柱县，属东亚季风区，雨热充足，年均日照时数1 131 ~ 1 240 h，年平均气温16 ~ 18 ℃，年均降水量1 000 ~ 1 500 mm，无霜期290 ~ 312 d，为典型山地，植烟区海拔主要位于800 ~ 1 300 m，垂直气候分布明显。重庆是我国中间香型优质烟叶的典型产区，风格特征为醇甜香型，大部分烟叶产区连作年限超30 a，近些年烟田土壤连作障碍问题较凸显。烟区主要土壤类型为黄壤和黄棕壤，烤烟主栽品种为云烟87。

1.2 植烟土壤样品采集

植烟土壤样品采集工作于2021年底至2022年初进行，依据重庆市植烟区气候条件、成土母质、地形地貌和土壤类型等因素基础上，划定了2 513个典型取样单元，每个单元面积约6.7 hm²，在每个单元内选定代表性烟田，采用“梅花形”取样法取耕层(0 ~ 20 cm)多点混合土壤样品，再用四分法取混合样1.5 kg，带回实验室放置在阴凉处自然风干，待风干后过筛，测定土壤理化性质。在采样的同时，通过田间GPS定位获得每个采样点的经纬度和海拔高度信息。

2023年初，根据重庆市11个植烟区县地质条件，确定调查26个成土母质类型的地质地貌，并在每个植烟区县确定10个典型点，调查农业地质背景，包括土壤类型、土壤亚类和成土母质，并采集烟田表层土壤样品，测定其土壤理化性质。

1.3 土壤理化性质检测

土壤基本理化性状参照《土壤农化分析》^[12]进行测定。pH：1∶2.5土水质量比浸提–pH计电位法；有机质：重铬酸钾外加热法；全氮：克氏消化法前处理，半微量凯氏定氮法；碱解氮：NaOH浸提–碱解扩散法；有效磷：碳酸氢钠浸提–钼锑抗比色法；速效钾：NH₄Ac浸提–火焰光度法；团聚体粒径分布：湿筛法；交换性钙：NH₄Cl-NH₄Ac法；交换性镁：乙酸铵浸提–原子吸收分光光度法；有效铜、锌、铁、锰、钼、硼：DTPA浸提–原子吸收分光光度法；有效氯：硝酸银滴定法；有效硫：磷酸盐浸提–硫酸钡比浊法；阳离子交换量：乙酰胺(pH 7.0)交换法。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2010、SPSS Statistics 25.0和Origin 2022进行统计分析和图形制作，运用ArcGIS 9.3软件进行空间制图和空间自相关性分析。

2 结果 2.1 重庆植烟区土壤交换性镁含量统计特征

由表 1可知，重庆植烟区土壤交换性镁缺乏比例达到49.5%，偏高比例为37.3%，适宜比例为13.2%，含量缺乏和过量并存。在11个植烟区县中，万州平均值显著高于其他区县，达到1.56 cmol/kg，比含量最低的武隆县高97.47%；彭水县缺乏的比例最高，达到63.5%；巫山县含量偏高的比例最大，达到50%；万州含量适宜比例最高，达到36.5%。

2.2 重庆植烟区土壤交换性镁地统计学特征

表 2列出了土壤交换性镁半方差函数模型及其拟合参数，经过不同模型的拟合和精度验证，得到最优拟合模型为指数模型。从表 2可以看出，交换性镁的标准化平均误差接近于0，标准化均方根误差接近于1，说明所选择的理论模型能够相对准确地反映土壤中量元素空间结构特性。块金效应为70.1%，说明土壤交换性镁的空间自相关程度中等，其变异受到多种因素的影响。

土壤交换性镁含量的空间分布特征见图 1，在空间上的分布主要呈现连片和斑块状镶嵌并存的现象。镁含量较低区域占很大比例，在渝东南和渝东北烟区均有较低区域存在；极低区域出现在渝东北烟区；而镁含量较高区域只出现在万州一带。由图 2可见，从2002年到2021年，大部分植烟区县土壤交换性镁含量呈现先升高后降低的趋势，仅奉节烟区呈持续增加趋势。

2.3 成土母质和土壤类型对土壤交换性镁的影响

由图 3A可知，不同土壤类型的土壤交换性镁含量之间差异不显著，在5大土类中，新积土的交换性镁含量较高，为1.04 cmol/kg，处于适宜水平；紫色土、黄壤、石灰(岩)土和潮土的交换性镁含量分别为0.89、0.86、0.86和0.83 cmol/kg，处于较低水平。由图 3B可知，在7个土壤亚类中，冲积土的土壤交换性镁含量为1.04 cmol/kg，处于适宜水平；其余亚类均为较低及以下水平，尤其是灰潮土，交换性镁含量仅为0.83 cmol/kg。由图 3C可知，在5类主要母岩母质中，由砂岩发育形成的土壤交换性镁含量最高，为1.42 cmol/kg，处于适宜水平；由紫色岩发育而来的土壤交换性镁含量为0.57 cmol/kg，处于较低水平。

2.4 海拔高度对土壤交换性镁的影响

植烟土壤取样点的海拔范围为100 ~ 1 700 m，海拔跨度较大。由图 4可知，随着海拔的增高，土壤交换镁含量有降低趋势，海拔高于1 100 m的植烟土壤交换性镁含量有明显的降低趋势，在海拔 > 1 500 m时植烟土壤交换性镁含量为0.70 cmol/kg。5个海拔组的土壤交换性镁平均含量均处于缺乏状态，表明海拔是影响植烟土壤交换性镁含量的一个重要因素。

采用逐步回归分析方法定量评估各土壤理化性质对交换性镁含量空间变异的解释能力。从表 3看出，交换性钙对交换性镁空间变异的影响最显著，能够独立解释其变异的19.9%；交换性钙、有机质、阳离子交换量、有效钼、大团聚体、pH、速效钾和碱解氮，对交换性镁的累积解释能力达29.3%。

土壤交换性镁与其他理化性质指标的拟合曲线如图 5。从图 5可以看出，交换性镁与交换性钙和pH呈显著的S型曲线关系，且拟合度相对较好；与有机质、大团聚体含量和碱解氮呈显著的三次函数关系；与阳离子交换量和速效钾分别呈二次函数和指数函数关系；所有曲线方程均具有统计学意义(P < 0.05)。

2.5 不同粒径土壤团聚体对土壤交换性镁、有机质和pH的冗余分析(RDA)

以土壤交换性镁、土壤pH和土壤有机质作为响应因子，以土壤团聚体粒径分级作为解释因子进行冗余分析(图 6)。冗余分析显示土壤pH、有机质和团聚体解释了土壤交换性镁95.04%的变异，其中第一轴和第二轴的解释百分比分别为66.73% 和28.31%。从图 6中可以看出，< 0.25、0.25 ~ 0.5和0.5 ~ 1 mm粒径团聚体对土壤交换性镁的影响较大(P < 0.01)。> 5 mm粒径团聚体与土壤交换性镁表现为极显著正相关关系(P < 0.01)。

3 讨论 3.1 土壤交换性镁时空变异特征

重庆植烟区土壤缺镁较为严重，缺镁比例达到49.5%，但也存在37.3% 的烟区镁含量偏高(表 1)，在空间分布上呈现斑块状分布(图 1)。近10 a年来，重庆植烟区土壤交换性镁含量显著下降，这需要引起高度重视。适量镁肥(MgSO₄·7H₂O，244.9 kg/hm²)施用在增加烤烟产量的同时，也提升了烟叶品质^[6]。因此，对于缺镁区域，实行分区分类施用镁肥^[13]，这对重庆的优质烟叶可持续生产具有非常重要的指导意义。

3.2 土壤其他理化属性对交换性镁含量的影响

土壤镁的有效性受到多种因素的影响，如成土母质、土壤类型、海拔高度、降水淋洗、地形地貌和土壤化学因素等^[14-15]。pH是影响土壤镁素有效性的一个重要因素，研究已证实，植烟土壤pH与交换性镁存在显著正相关关系^{[9，15，26]}，pH低的土壤中H⁺和Al³⁺与交换性Mg²⁺竞争吸附位点，在酸性条件下，H⁺易进入层间与Mg²⁺发生交换使之释放，Mg²⁺更易淋失，土壤交换性镁含量降低，镁素在酸性土壤中具有较强的迁移能力并极易淋失，尤其是质地较轻的黄壤和紫色土^[20]。重庆市烟田以黄壤为主，植烟区土壤酸化情况较为严重，35.1% 的植烟土壤呈偏酸性^[28]。查宇璇等人^[16]研究证实，每年植烟土壤钾、钙、镁等盐基阳离子的输出量远大于输入量，是引起烟田土壤酸化的主要原因。这也就说明，土壤钙镁等盐基阳离子缺失引起植烟土壤酸化，土壤酸化加重了Mg²⁺流失，形成了恶性循环。所以，必须对酸化烟田进行有针对性改良，对于酸性植烟土壤施用硅钙钾镁肥应该是一个“一举多得”的措施，但需要进一步加强试验研究硅钙钾镁肥对酸性植烟土壤交换性镁含量和烟叶质量协同提升效应与机制。

本研究发现，发育于砂岩母质的土壤交换性镁含量较高，而发育于紫色岩母质的土壤交换性镁含量较低(图 3)。从图 3还可以看出，新积土的交换性镁含量相对较高，而黄壤、石灰(岩)土和潮土的交换性镁含量相对较低，表明土壤类型是影响土壤镁含量的一个重要因素。李斌等^[28]的研究结果也表明由石灰岩母质发育的耕层土其镁含量大于由砂页岩母质和花岗岩母质发育的土壤。成土母质影响土壤交换性镁含量的主要原因：一方面，与土壤对镁的固持和雨水对镁的淋洗二者的平衡效应有关，如紫色土本身CEC较大，交替吸附位点多，土壤对镁的固持力相对较强^[20]；另一方面，以蒙脱石、绿泥石为主的土壤矿物含有较多的镁，也可释放更多的Mg²⁺，相比之下，以高岭石组成的母质释放的Mg²⁺较少^[21]；此外，土壤中的黏粒和砂粒含量也会对交换性镁含量产生一定影响，由石灰岩和泥灰岩发育的土壤通常含有较多的黏粒，而由花岗岩母质、石灰性紫色砂页岩和砂岩母质发育的土壤，含有较多的砂粒，保肥能力相对较差，养分含量较低^[22]。

土壤有机质能影响土壤对镁的吸附能力，研究表明有机质含量增加，土壤对镁的吸附力增加，降低其植物可利用性^[19]。其原因主要为：①土壤有机质通常带有大量的负电荷，会增加土壤颗粒表面的负电荷，导致Mg²⁺与土壤表面的范德华力增加，从而被吸附在土壤胶体上，导致土壤交换性镁含量降低^[21]；②有机质本身具有大量不同的功能基团和较大的表面积，可通过表面络合和表面沉淀2种方式增强土壤对镁的吸附能力，从而降低土壤交换镁含量^[19，22-24]。

重庆植烟区土壤交换性镁含量随时间演变呈先上升后下降的趋势，目前已降低到20 a前的水平(图 2)，有以下两点特别需要注意：①20 a前重庆烟区发现交换性镁低，开始补镁，镁含量提高；但近10 a重庆烟草生产补镁的呼声又减弱了，生产上又不重视补镁，镁含量显著降低；②钾镁之间存在拮抗关系，近些年大部分烟田钾含量处于较高水平，钾含量的增加抑制了烟株对镁的吸收。潘金华等人^[7]证实，土壤速效钾和有效镁存在交互效应，土壤钾镁交互对烤烟糖分的积累产生显著影响，提升土壤有效镁含量可以显著提升烟叶香气量。在烟叶生产中需要关注钾肥和镁肥的施加，尤其是以钾肥来定镁肥的施用量，同时兼顾土壤类型和其他肥料的施用量。烤烟镁含量与海拔高度呈负相关，随着海拔增加，烤烟镁含量表现为下降趋势(图 4)，这与其他研究结果相似^[19]。重庆烟区大部分为山地地形，地形地貌复杂导致区域内交换性镁含量分布差异较大^[7]。因此，在高海拔烟区的田间管理中，应更加注重镁肥的施用。

3.3 团聚体粒径分布对土壤交换性镁含量的贡献率

本研究结果表明，< 0.25、0.25 ~ 0.5和0.5 ~ 1 mm的团粒结构是影响土壤交换性镁含量的重要因素(图 6)。郝尚妍等^[15]研究得出，> 0.25 mm的大团聚体决定了土壤中盐基离子贡献率的88% ~ 90%，这种团粒结构具有协调土壤养分供应和积累、保水与供水，以及协调土壤空气、稳定低温等功能，对土壤肥力的维持起着重要的作用。土壤团聚体结构和化学性质影响着土壤生态系统营养元素的生物地球化学循环过程，决定着土壤镁的赋存和释放，全量镁随着微团聚体粒级的增大而降低^[25]。本研究表明，交换性钙、有机质、阳离子交换量、有效钼、大团聚体、pH、速效钾和碱解氮对交换性镁的累积解释能力达29.3%(表 3)，说明烟田土壤交换性镁还受其他多因素的共同影响。今后在生产实践和科学研究中，需要考虑上述多因素对土壤交换性镁的交互效应，这将有助于更全面地理解土壤交换性镁的影响因子，从而为未来的生产实践应用和科学研究提供更加明确的方向。

综上，根据重庆市各区县烟田土壤交换性镁空间分布特征和影响因素，可以为不同地区采取差异化的镁肥管理方案。对于土壤交换性镁缺乏的耕地，可以采取增施有机肥、调节土壤pH、施用腐殖酸调节土壤团粒结构以及适当补充镁肥等措施，以改善土壤的理化特性和土壤微生物活性，提高耕地土壤交换性镁含量。

4 结论

1) 重庆植烟区土壤交换性镁含量总体上适宜比例仅占13.2%，缺乏和偏高比例分别占49.5% 和37.3%。不同烟区土壤交换性镁含量存在明显差异，在空间分布上表现为无规律的斑块状分布。与10 a前相比，大部分植烟区县土壤交换性镁含量显著下降。

2) 土壤交换性镁的空间分布具有中等程度的空间自相关性，其空间变异性受交换性钙、有机质和土壤水稳性团聚体等多种因素的影响。

3) 烟叶生产中特别需要关注镁肥施用，施用时注意其空间异质性，对土壤的镁素进行科学的分区管理，注意调节土壤pH、施用有机肥调节土壤理化性状从而达到调节土壤镁素供应能力。