增減施有機(jī)肥對(duì)紅壤性水稻土團(tuán)聚體穩(wěn)定性及膠結(jié)物的影響*

廖超林，黎麗娜，謝麗華，孫鈺翔，鄒 炎，戴 齊，尹力初

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128）

土壤團(tuán)聚體的組成和穩(wěn)定性是土壤結(jié)構(gòu)的主要指標(biāo)，可表征不同管理措施下土壤質(zhì)量的變化特征[1]。團(tuán)聚體的形成、穩(wěn)定及破壞過(guò)程伴隨著土壤有機(jī)碳及其組分的轉(zhuǎn)化和鐵鋁氧化形態(tài)的變化[2]。明確土壤團(tuán)聚穩(wěn)定性變化的土壤有機(jī)碳和鐵鋁氧化的影響對(duì)理解團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)與其膠結(jié)物質(zhì)及形態(tài)轉(zhuǎn)化具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

諸多研究表明，施用有機(jī)肥可促進(jìn)稻田土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定性。如 Li等[3]認(rèn)為施肥尤其是施用有機(jī)肥能顯著提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。向艷文等[4]指出施用有機(jī)肥可增加土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及大于0.25 mm的大團(tuán)聚體比例，降低小于0.25 mm的微團(tuán)聚體比例，而施用化肥的土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及大于0.25 mm團(tuán)聚體比例較低，小于0.25 mm微團(tuán)聚體比例升高。土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定與土壤中有機(jī)碳及鐵鋁氧化物的膠結(jié)作用密切有關(guān)。在團(tuán)聚體膠結(jié)作用方面，一般認(rèn)為在土壤有機(jī)質(zhì)含量較高、氧化鐵鋁含量較低的土壤中，有機(jī)質(zhì)的作用占主導(dǎo)地位；而在有機(jī)質(zhì)含量不高、氧化鐵鋁較高的土壤中，團(tuán)聚體的形成主要靠黏粒的內(nèi)聚力及鐵鋁氧化物的膠結(jié)作用[5]。在團(tuán)聚體形成及穩(wěn)定性與有機(jī)碳關(guān)系方面。楊長(zhǎng)明等[6]發(fā)現(xiàn)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性與土壤有機(jī)碳各組分之間呈顯著或極顯著正相關(guān)；毛霞麗等[7]研究表明，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥強(qiáng)化了團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的物理保護(hù)及促進(jìn)了化學(xué)抗性有機(jī)碳組分的積累，促進(jìn)了大團(tuán)聚體形成和團(tuán)聚體穩(wěn)定性的提高。張玉蘭等[8]指出土壤有機(jī)碳脂肪族碳組分越多，芳構(gòu)化程度越高，越有利于土壤團(tuán)聚體的形成。Kovac等[9]則指出脂肪族鏈烴可貢獻(xiàn)于大團(tuán)聚體的持久穩(wěn)定。在團(tuán)聚體形成及穩(wěn)定性與鐵鋁氧化物關(guān)系方面，郭杏妹等[10]指出鐵鋁氧化物在紅壤團(tuán)聚體的形成過(guò)程中具有重要的作用；周萍等[11]發(fā)現(xiàn)氧化鐵鋁在有機(jī)碳的保護(hù)及團(tuán)聚體穩(wěn)定中起著重要作用。因此，稻田土壤團(tuán)聚體形成與破壞受施肥尤其是有機(jī)肥施用影響，而有機(jī)碳及其組分和鐵鋁氧化物等的變化是土壤團(tuán)聚體形成與分布及其穩(wěn)定性變化的內(nèi)在本質(zhì)。

研究表明，有機(jī)肥的施用量的改變導(dǎo)致土壤團(tuán)聚及其穩(wěn)定性相應(yīng)變化；如張藝等[12]研究表明，長(zhǎng)期培肥的紅壤性水稻土減施有機(jī)肥后，大于 2 mm的團(tuán)聚體含量降低，團(tuán)聚體穩(wěn)定性降低；增施有機(jī)肥則變化相反。然而，增減施有機(jī)肥后紅壤性水稻土團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性變化的同時(shí)，土壤有機(jī)碳及其組分、鐵鋁氧化物的變化特征及其對(duì)團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性影響效應(yīng)有待明確；同時(shí)，就有機(jī)碳、黏粒及鐵鋁氧化物含量均高的紅壤性水稻土而言，對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性及大于0.25 mm的大團(tuán)聚體影響較大是有機(jī)碳及其組分，還是鐵鋁氧化物？明確此類問(wèn)題可為理解稻田土壤有機(jī)碳及其組分、鐵鋁氧化物形態(tài)的轉(zhuǎn)化和團(tuán)聚體穩(wěn)定性變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制提供資料。本研究以長(zhǎng)期定位試驗(yàn)35 a的紅壤性水稻土為研究材料，選擇三個(gè)長(zhǎng)期施肥處理（高量有機(jī)肥、常量有機(jī)肥、化肥）和四個(gè)施肥措施改變處理（高改化、常改高、常改化、化改常）的耕層土壤，研究長(zhǎng)期施肥的紅壤性水稻土增/減施有機(jī)肥后土壤團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性變化的有機(jī)碳及其組分、鐵鋁氧化物影響，以期為稻田土壤團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)及其有機(jī)碳物理保護(hù)和化學(xué)穩(wěn)定理論提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

長(zhǎng)期定位試驗(yàn)位于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)天鵝湖畔（28°18′N，113°08′E），年平均氣溫 17.2℃，年均降水量1 362 mm，供試土壤為第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育的耕型紅壤，耕作制度為稻-稻-冬閑。1982年試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，設(shè)置了3個(gè)不同有機(jī)肥施用水平（高量有機(jī)肥、常量有機(jī)肥、全施化肥）處理，每處理設(shè)6～8個(gè)重復(fù)。每季水稻施N量：150 kg·hm–2，N︰P2O︰K2O比例為1︰0.5︰1。分別以尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀作為化肥處理的N、P、K肥施入。高量、常量有機(jī)肥處理分別為有機(jī)物料供應(yīng)總N的2/3、1/3；養(yǎng)分不足部分用化肥補(bǔ)足。2012年早稻翻耕前，本研究對(duì)3個(gè)不同有機(jī)肥施用水平的處理進(jìn)行了施肥措施變更：從“常量有機(jī)肥”處理（簡(jiǎn)稱“?！保┖汀案吡坑袡C(jī)肥”處理（簡(jiǎn)稱“高”）中分別隨機(jī)選取小區(qū)3個(gè)，變更為化肥處理（簡(jiǎn)稱“化”）；同時(shí)，另從“常量有機(jī)肥”處理中隨機(jī)選取3個(gè)小區(qū)變更為高量有機(jī)肥處理；從“化肥”處理中隨機(jī)選擇3個(gè)小區(qū)變更為常量有機(jī)肥處理。變更后的定位試驗(yàn)包括原施肥處理3個(gè)：高量有機(jī)肥（HOM）、常量有機(jī)肥（NOM）、化肥（CF）；增施有機(jī)肥處理2個(gè)：常改高（N-H）、化改常（C-N）；減施有機(jī)肥處理2個(gè)：高改化（H-C）、常改化（N-C），共計(jì)7個(gè)處理[12]。

1.2 樣品采集與制備

定位試驗(yàn)在施肥管理措施變更4年后，于2017年2月早稻翻耕前，每個(gè)處理中選取3個(gè)小區(qū)，用鐵鍬取長(zhǎng)寬高為10 cm×10 cm×20 cm的長(zhǎng)方體原狀土柱，每小區(qū)隨機(jī)采集多個(gè)土樣，混合成1個(gè)復(fù)合樣品，共計(jì)21個(gè)土樣；采集后的混合土樣輕放于硬質(zhì)塑料盒，確保運(yùn)輸途中不受到擠壓，以保持原狀結(jié)構(gòu)帶回實(shí)驗(yàn)室。室內(nèi)風(fēng)干土樣至土壤含水量到達(dá)土壤塑限（約為 22%～25%）時(shí)，沿著自然縫隙將其掰成10 mm左右的土塊，并挑出礫石、侵入體及植物殘?bào)w等；自然風(fēng)干后用于土壤團(tuán)聚體分析。

1.3 分析方法

土壤團(tuán)聚體分離方法在 Six等[13]的基礎(chǔ)上稍作修改，采用濕篩法進(jìn)行土壤團(tuán)聚體分組測(cè)定[14]。稱取100 g 風(fēng)干土置于土篩中，25℃水中浸泡5 min，并調(diào)整水面至土篩上移最高位時(shí)團(tuán)聚體的高度；開(kāi)啟團(tuán)聚體篩分儀，在2 min內(nèi)上下擺動(dòng)50次，擺幅為3 cm。使土樣依次過(guò)2 mm、0.25 mm、0.053 mm篩，分別獲得大于2 mm和2～0.25 mm水穩(wěn)性大團(tuán)聚體、0.25～0.053 mm水穩(wěn)性微團(tuán)聚體及小于0.053 mm粉-黏團(tuán)聚體。各粒級(jí)團(tuán)聚體于60℃烘干，稱重，備用。

土壤有機(jī)碳（SOC）含量采用高溫外熱重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定；土壤輕組有機(jī)碳（LFOC）分離參照J(rèn)anzen等[15]的方法，燒失法測(cè)定碳含量[16]；易氧化有機(jī)碳（EOC）采用 333 mmol·L–1KMnO4氧化，可見(jiàn)分光光度計(jì) 565 nm 波長(zhǎng)處比色[17]；粗顆粒（cPOC）及細(xì)顆粒有機(jī)碳（fPOC）其組分提取和測(cè)定參考周萍等[18]的方法。

不同形態(tài)鐵鋁氧化物的提取及測(cè)定參照魯如坤[19]的方法：即游離態(tài)鐵/鋁氧化物采用檸檬酸鈉-連二亞硫酸鈉法提取，無(wú)定形鐵/鋁氧化物采用草酸銨—草酸提取，絡(luò)合態(tài)鐵/鋁氧化物采用焦磷酸鈉提取。

1.4 數(shù)據(jù)處理

土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)采用平均重量直徑（MWD/mm）進(jìn)行評(píng)價(jià)[20]，其計(jì)算公式如下：

式中，為第i級(jí)團(tuán)聚體的平均直徑，mm；wi為第i級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量所占百分比。

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)均取 3 次重復(fù)的平均值，應(yīng)用Excel 2013和 SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析（one-way ANOVA）比較處理間差異，用鄧肯（Duncan’s）法檢驗(yàn)差異顯著性（P<0.05），采用 皮爾森（Pearson）法進(jìn)行相關(guān)性分析。圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。借助 AMOS21.0 的結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）探討土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性主要驅(qū)動(dòng)因素的影響路徑及程度。

2 結(jié) 果

2.1 不同施肥處理土壤團(tuán)聚體分布及穩(wěn)定性變化

施肥措施改變對(duì)長(zhǎng)期培肥水稻土團(tuán)聚體分布影響顯著（表1）。從增施有機(jī)肥來(lái)看，N-H 的四個(gè)粒級(jí)團(tuán)聚體含量相對(duì)原處理（NOM）均無(wú)明顯變化；而C-N的大于2 mm粗大團(tuán)聚體和2～0.25 mm細(xì)大團(tuán)聚體含量相對(duì)原處理（CF）分別顯著增加了6.74%和28.86%（P<0.05），小于0.053 mm粉黏粒含量則顯著減少了58.45%（P<0.05）。從減施有機(jī)肥來(lái)看，H-C的 2～0.25 mm細(xì)大團(tuán)聚體含量相對(duì)原處理（HOM）顯著（P<0.05）提高了40.18%；而N-C的大于2 mm粗大團(tuán)聚體含量相對(duì)原處理（NOM）顯著降低了 19.28%（P<0.05），而其他粒級(jí)團(tuán)聚體含量分別顯著（P<0.05）提高了 18.90%、45.43%和28.64%。

表1 不同施肥處理下土壤團(tuán)聚體粒徑分布及穩(wěn)定性Table 1 Particle size distribution and stability of soil aggregates in the red paddy soil relative to treatment

土壤MWD是能較為全面地反映土壤團(tuán)聚體大小分布和土壤團(tuán)聚狀況的綜合指標(biāo)，一般認(rèn)為，MWD越大，土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性越強(qiáng)。從增施有機(jī)肥看（表1），N-H和C-N的MWD相對(duì)于原處理均無(wú)明顯變化；從減施有機(jī)肥看，H-C和N-C的團(tuán)聚體MWD相對(duì)于原處理分別顯著降低了8.39%和6.80%（P<0.05）。

2.2 不同施肥處理土壤有機(jī)碳及鐵鋁氧化物含量變化

各處理總有機(jī)碳及其組分如表2。從增施有機(jī)肥看，N-H處理的EOC和fPOC含量相對(duì)原處理分別顯著（P<0.05）提高了20.53%和26.94%；C-N處理的 EOC含量相對(duì)原處理顯著（P<0.05）提高了87.44%，其他有機(jī)碳含量變化不明顯。從減施有機(jī)肥看，H-C處理的TOC、LFOC和cPOC含量相對(duì)原處理分別顯著（P<0.05）降低了23.48%、30.09%和25.29%，EOC和fPOC含量變化不明顯；N-C處理的土壤TOC及其組分含量則均無(wú)明顯變化。

表2 不同施肥處理有機(jī)碳及其組分含量Table 2 The content of total organic carbon and its fractions in the red paddy soil relative to treatments/（g·kg–1）

如表3所示，不同形態(tài)鐵鋁氧化含量在0.72～31.76 g·kg–1之間，以 Fed含量最高，達(dá)到 27.92～31.76 g·kg–1，Ald含量其次，為 24.42～27.28 g·kg–1，兩者均遠(yuǎn)高于其他鐵鋁氧化含量，Als含量（0.72～0.82 g·kg–1）最低，整體上呈現(xiàn)出：Fed>Ald>Alo>Feo>Fes>Als。對(duì)于游離氧化鐵含量來(lái)說(shuō)，僅C-N相對(duì)于CF顯著降低了5.57%（P<0.05）；對(duì)于絡(luò)合態(tài)氧化鐵含量來(lái)說(shuō)，H-C相對(duì)于 HOM 顯著提高了11.80%（P<0.05）。

表3 不同施肥處理各形態(tài)氧化鐵鋁含量Table 3 Content of different forms of ferric and aluminum oxide s in the red paddy soil relative to form of the metal and treatment/（g·kg–1）

2.3 膠結(jié)物與團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性的相關(guān)關(guān)系

通過(guò)膠結(jié)物與團(tuán)聚體及 MWD的相關(guān)性分析（表4）表明，增減施有機(jī)肥后紅壤性水稻土除fPOC與大于0.25 mm團(tuán)聚體含量相關(guān)關(guān)系不明顯外，土壤TOC及其組分含量均與大于0.25 mm團(tuán)聚體含量呈顯著正相關(guān)，同時(shí)0.25～0.053 mm均與土壤TOC及各有機(jī)碳組分呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；MWD則與總有機(jī)碳、LFOC及EOC含量呈顯著正相關(guān)；鐵鋁氧化物中的Fed、Fes分別與各粒級(jí)團(tuán)聚體含量和MWD關(guān)系顯著。

表4 膠結(jié)物與團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficient of cement with fractionation and stability of soil aggregates

2.4 影響團(tuán)聚體穩(wěn)定性的因素及作用

為了明確紅壤性水稻土團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性變化的影響因素，通過(guò)構(gòu)建SEM分析土壤團(tuán)聚體、有機(jī)碳及其組分、鐵鋁氧化物變化對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)MWD的綜合響應(yīng)（圖1）。SEM擬合結(jié)果為：χ2=7.035，df=7，P=0.648，RMSEA=0.016，GFI=0.918，說(shuō)明模型適配良好，能代表自變量和因變量的關(guān)系。模型解釋了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性81%的變異，分別解釋了大于 0.25 mm團(tuán)聚體及總有機(jī)碳含量 67%和32%的變化。同時(shí)模型用路徑系數(shù)來(lái)估計(jì)自變量對(duì)應(yīng)變量影響效應(yīng)的大小，比較其相對(duì)重要性，即大于0.25 mm團(tuán)聚體含量對(duì)MWD的路徑系數(shù)為0.75，是影響MWD的唯一直接影響因素；TOC通過(guò)影響大于0.25 mm團(tuán)聚體含量而間接影響MWD，總效應(yīng)系數(shù)為0.38，其對(duì)大于0.25 mm團(tuán)聚體含量影響的路徑系數(shù)為 0.50；EOC分別通過(guò)影響大于0.25 mm團(tuán)聚體和TOC含量間接影響MWD，其對(duì)MWD和大于0.25 mm團(tuán)聚體含量影響的總效應(yīng)系數(shù)分別為0.44和0.59；LFOC通過(guò)影響TOC（路徑系數(shù) 0.69）和大于 0.25大團(tuán)聚體含量而間接影響MWD，其對(duì)MWD和大于0.25 mm團(tuán)聚體間接效應(yīng)系數(shù)分別為0.26和0.35；而Fes（0.25）及Fed（–0.35）分別通過(guò)影響TOC含量，間接影響大于0.25 mm團(tuán)聚體而對(duì)MWD影響，其中Fes對(duì)MWD和大于0.25 mm團(tuán)聚體間接效應(yīng)系數(shù)分別為0.09和0.13，而Fed的分別為0.13和0.18，且兩者相互關(guān)系顯著（–0.63）。

3 討 論

3.1 增減施有機(jī)肥對(duì)土壤團(tuán)聚體分布及穩(wěn)定性的影響

土壤團(tuán)聚體分布及穩(wěn)定性變化是土壤團(tuán)聚體形成和破壞的重要表現(xiàn)。施肥尤其是有機(jī)肥可促進(jìn)水稻土大團(tuán)聚體的形成，提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性[21]。本研究表明，CF增施有機(jī)肥后，C-N的大于2 mm粗大團(tuán)聚體和 2～0.25 mm細(xì)大團(tuán)聚體含量分別顯著增加，團(tuán)聚體穩(wěn)定性升高；而 NOM增施有機(jī)肥后，N-H的兩級(jí)大團(tuán)聚體含量及MWD變化不明顯（表1）。說(shuō)明長(zhǎng)期施用常量有機(jī)肥的紅壤性水稻土增施有機(jī)肥，對(duì)團(tuán)聚體分布及穩(wěn)定性無(wú)明顯影響，而長(zhǎng)期施用化肥增施有機(jī)肥后，促進(jìn)大團(tuán)聚體形成，增強(qiáng)團(tuán)聚體穩(wěn)定性?？赡芘c長(zhǎng)期施肥的紅壤性水稻土碳庫(kù)飽和有關(guān)。研究表明，一定的環(huán)境及管理措施條件下，土壤有機(jī)碳保持量會(huì)達(dá)到飽和固碳量[22]，同時(shí)李忠佩等[23]指出，長(zhǎng)期培肥30 a后，紅壤性水稻土有機(jī)碳含量達(dá)到最大容量，施肥輸入的碳與輸出碳達(dá)到平衡。紅壤性水稻土大團(tuán)聚體和團(tuán)聚體穩(wěn)定性與有機(jī)碳含量呈正相關(guān)關(guān)系[24]，本研究 NOM有機(jī)碳含量已達(dá)到較高的飽和水平，增施有機(jī)肥后土壤有機(jī)碳含量可能并未隨有機(jī)碳輸入量呈線性上升，因此長(zhǎng)期施用常量有機(jī)肥的紅壤性水稻土大團(tuán)聚體含量和團(tuán)聚體穩(wěn)定提高不明顯。CF增施有機(jī)肥后，可能是在長(zhǎng)期施用化肥條件下土壤有機(jī)碳已飽和的CF處理相對(duì)NOM，土壤有機(jī)碳含量尚具較大提升空間，增施有機(jī)肥后土壤有機(jī)碳含量隨有機(jī)碳輸入量增加而升高，從而土壤大團(tuán)聚體含量和團(tuán)聚體穩(wěn)定性提高（表1）。其原因在于，有機(jī)膠結(jié)作用是土壤團(tuán)聚體形成的重要途徑[25]，施用有機(jī)肥在增加活性有機(jī)碳組分的同時(shí)，會(huì)增加纖維素、多糖、腐殖酸等大分子有機(jī)組分[26]，從而促進(jìn)團(tuán)聚體形成，提高了團(tuán)聚體穩(wěn)定性。HOM和NOM減施有機(jī)肥后，土壤大團(tuán)聚體含量和團(tuán)聚體穩(wěn)定均顯著降低（表1），可能與新輸入的有機(jī)碳量減少有關(guān)。紅壤性水稻土大團(tuán)聚體主要通過(guò)有機(jī)殘?bào)w和菌絲膠結(jié)形成，新輸入而易礦化分解的有機(jī)碳主要存在于大團(tuán)聚體中而受物理保護(hù)，而小團(tuán)聚體則以多糖或無(wú)機(jī)膠體而膠結(jié)形成[27]，減施有機(jī)肥后，新輸入的有機(jī)碳含量較低，大團(tuán)聚體膠結(jié)物質(zhì)減少和原受物理保護(hù)作用的有機(jī)碳分解礦化，部分大團(tuán)聚體破壞而含量減少，較小粒徑團(tuán)聚體含量相應(yīng)增加，團(tuán)聚體穩(wěn)定性降低。

3.2 增減施有機(jī)肥對(duì)土壤有機(jī)碳及鐵鋁氧化物等膠結(jié)物的影響

施用有機(jī)肥可增加活性有機(jī)碳組分，亦能增加纖維素、多糖、腐殖酸等大分子有機(jī)組分，是提高土壤有機(jī)碳含量最有效的方法[28]。Campbell等[29]指出在土壤有機(jī)碳豐富的土壤中，新輸入的土壤有機(jī)碳因礦化而分解的輸出量大于有機(jī)碳固定量，土壤有機(jī)碳積累效率降低。本研究土壤有機(jī)碳含量已達(dá)較高水平（表2），有機(jī)碳的輸出量可能大于輸入量，固碳效率降低；因此，NOM和CF增施有機(jī)肥后，TOC和部分有機(jī)碳組分含量無(wú)明顯變化；其結(jié)果與劉長(zhǎng)明等[6]研究結(jié)果類似。不同活性有機(jī)碳組分對(duì)農(nóng)業(yè)管理措施響應(yīng)的敏感性存在差異。NOM和CF增施有機(jī)肥增加了土壤中的新鮮有機(jī)質(zhì)，進(jìn)而增加了土壤中的EOC，因此顯著升高，這與張瑞等[30]的研究結(jié)果一致。fPOC含量在NOM和CF增施有機(jī)肥增加后分別顯著增加和維持不變，而LFOC和cPOC含量變化不明顯（表2），可能與有機(jī)碳分解轉(zhuǎn)化及其組分對(duì) SOC反應(yīng)敏感性差異和團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)等相關(guān)。HOM和NOM減施有機(jī)肥后，H-C處理的EOC及fPOC含量和N-C處理的各有機(jī)碳組分含量均無(wú)明顯變化（表2）。其原因可能與有機(jī)物料的輸入量降低及團(tuán)聚體破壞相關(guān)；由于新輸入的有機(jī)碳減少，團(tuán)聚體穩(wěn)定性降低，大于0.25 mm大團(tuán)聚體破碎而含量減少，小于0.25 mm的微團(tuán)聚體含量相應(yīng)增多；研究表明，大于0.25 mm的大團(tuán)聚體有機(jī)碳主要為易礦化的 POC和 EOC[31]，H-C處理的EOC及fPOC含量變化不明顯，可能為HOM減施有機(jī)肥后，大于0.25 mm大團(tuán)聚體破碎，部分POC和EOC釋放，抵消了因減施有機(jī)肥導(dǎo)致有機(jī)碳輸入的fPOC和EOC減少量的結(jié)果；而LFOC及cPOC含量降低則可能與其在團(tuán)聚體內(nèi)的分配比例較低有關(guān)，雖然其因團(tuán)聚體破壞而部分釋放，但釋放量不足以抵消因減施有機(jī)肥導(dǎo)致其含量的減少量，從而含量減少。NOM減施有機(jī)肥后，N-C除大于2 mm團(tuán)聚體顯著減小外，其他粒級(jí)團(tuán)聚體均顯著增加（表1），說(shuō)明較多的大團(tuán)聚體破壞，從而釋放多量的有機(jī)碳組分，抵消了因減施有機(jī)肥導(dǎo)致其含量的減少量，變化則不明顯。其變化機(jī)理尚需團(tuán)聚體及其有機(jī)碳周轉(zhuǎn)、碳源微生物及有機(jī)碳礦化等數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。

鐵鋁氧化物表面活性高，是土壤團(tuán)聚體重要的無(wú)機(jī)膠結(jié)物[10]。本研究表明，從增施有機(jī)肥來(lái)看，僅C-N的Fed含量相對(duì)于CF顯著降低；減施有機(jī)肥中，H-C的Fes含量相對(duì)于HOM顯著升高；其他形態(tài)氧化鐵鋁對(duì)增減施有機(jī)肥的響應(yīng)均不明顯（表3）。南方富鐵土的鐵鋁氧化物主要由成土過(guò)程中母質(zhì)風(fēng)化產(chǎn)物再淀積而成，不同處理間的差異可能為土壤有機(jī)碳及其組成、pH及共存礦物等因素綜合作用的結(jié)果。因此，增減施有機(jī)肥后鐵鋁氧化物變化規(guī)律不明顯；前人也報(bào)道過(guò)類似的研究結(jié)果，如王瑩等[32]研究表明施有機(jī)肥的紅壤性水稻土 Fed含量均與不施肥相似。

3.3 團(tuán)聚體穩(wěn)定性與有機(jī)碳及鐵鋁氧化物的作用關(guān)系

土壤團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）常作為團(tuán)聚體穩(wěn)定性的敏感指標(biāo)來(lái)反映土壤結(jié)構(gòu)對(duì)施肥等管理措施的響應(yīng)[33]。土壤團(tuán)聚體的分布和穩(wěn)定性與土壤有機(jī)碳及鐵鋁氧化物等膠結(jié)物質(zhì)的關(guān)系緊密。本研究表明不同有機(jī)碳組分與各粒級(jí)團(tuán)聚體相關(guān)性表現(xiàn)不同，其中大于0.25 mm團(tuán)聚體含量與LFOC、EOC及cPOC呈顯著正相關(guān)關(guān)系；0.25～0.053 mm團(tuán)聚體含量與前三者呈顯著負(fù)相關(guān)外，也隨著 fPOC含量增加而顯著減少；而小于0.053 mm團(tuán)聚體含量則僅隨著 EOC含量的增加而顯著減少（表4）。說(shuō)明大于0.25 mm團(tuán)聚體含量隨著有機(jī)碳活性組分含量增加而顯著增加，小于0.25 mm團(tuán)聚體含量則顯著減少。施用有機(jī)肥顯著增加了土壤有機(jī)碳及其活性組分[34]，有機(jī)碳活性組分主要為易分解礦化的有機(jī)碳，是新輸入有機(jī)碳的重要組成部分，新輸入的有機(jī)碳主要被大于0.25 mm的大團(tuán)聚體所固定而受物理保護(hù)[22]，從而有機(jī)碳活性組分與大于0.25 mm大團(tuán)聚體含量呈正相關(guān)關(guān)系，其結(jié)果一定程度上也印證了團(tuán)聚體物理保護(hù)理論。本研究表明，MWD與大于0.25 mm團(tuán)聚體含量呈顯著正關(guān)系，同時(shí)MWD和大于0.25mm團(tuán)聚體含量與LFOC及EOC含量均呈顯著正相關(guān)關(guān)系（表4），可能因增施施肥導(dǎo)致LFOC和EOC含量的增加，促進(jìn)了大于0.25 mm大團(tuán)聚體的形成，從而團(tuán)聚體穩(wěn)定性增加。從鐵鋁氧化物來(lái)看，F(xiàn)ed含量與大于0.25 mm大團(tuán)聚體含量及MWD呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與0.25～0.053 mm團(tuán)聚體呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而Fes含量均與大于0.25 mm大團(tuán)聚體含量及MWD呈相反的相關(guān)關(guān)系（表4）。研究表明，紅壤性水稻土鐵鋁氧化物及土壤有機(jī)質(zhì)共同參與土壤團(tuán)聚體的團(tuán)聚過(guò)程[11]，本研究相關(guān)分析表明土壤活性有機(jī)碳組分分別與土壤 Fed及 Fes呈負(fù)、正相關(guān)關(guān)系（圖2），可能是由于增施有機(jī)肥后土壤活性有機(jī)碳的增加導(dǎo)致土壤鐵氧化物形態(tài)轉(zhuǎn)化，其中Fed降低而Fes升高，促進(jìn)了大團(tuán)聚體形成，增強(qiáng)了團(tuán)聚體穩(wěn)定性。

土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與團(tuán)聚體組成及其有機(jī)碳和鐵鋁氧化物密切相關(guān)。SEM分析表明，大于0.25 mm團(tuán)聚體含量是影響MWD的唯一直接影響因素，同時(shí)與 MWD呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明促進(jìn)大于0.25 mm大團(tuán)聚體的形成同時(shí)也增加了團(tuán)聚體穩(wěn)定性，這與邵慧蕓等[34]研究一致，因此，提高紅壤性水稻土團(tuán)聚體穩(wěn)定性在于增加大于0.25 mm大團(tuán)聚體比例。此外，EOC通過(guò)影響大于0.25 mm團(tuán)聚體含量間接影響MWD的同時(shí)，還與LFOC通過(guò)影響總有機(jī)碳變化，來(lái)影響大于0.25 mm團(tuán)聚體而間接對(duì)MWD產(chǎn)生影響，且均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明紅壤性水稻土增減施有機(jī)肥后導(dǎo)致 TOC組分中的LFOC及EOC增減，從而導(dǎo)致大于0.25 mm團(tuán)聚體的形成與破壞；這也印證了大于0.25 mm大團(tuán)聚體保護(hù)的主要為易分解礦化的有機(jī)碳的說(shuō)法[27]；EOC對(duì)MWD和大于0.25 mm團(tuán)聚體含量的總影響效應(yīng)分別為0.44和0.59，而LFOC分別為0.26和0.35，說(shuō)明有機(jī)碳組分中的EOC對(duì)大于0.25 mm團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性的影響高于 LFOC。土壤中氧化鐵主要由成土過(guò)程中母質(zhì)風(fēng)化產(chǎn)物再淀積而成；同時(shí)有研究表明施有機(jī)肥顯著提高了水稻土的無(wú)定形氧化鐵含量，且與土壤 SOC濃度呈顯著正相關(guān)[35]；本研究Fes與Fed間相互顯著負(fù)影響的同時(shí)，分別通過(guò)正、負(fù)影響總有機(jī)碳含量而影響大于0.25 mm團(tuán)聚體含量，來(lái)間接影響MWD，且紅壤性水稻土Fes與Fed與各有機(jī)碳活性組分分別呈正、負(fù)關(guān)系（圖2），說(shuō)明由于增減施有機(jī)肥導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量的變化，引起土壤 Fes與 Fed協(xié)同變化，間接導(dǎo)致大于0.25 mm團(tuán)聚體含量的增減及MWD的變化；Fed對(duì)MWD和大于0.25 mm團(tuán)聚體含量的總影響效應(yīng)分別為0.13和0.18，而Fes分別為0.09和0.13，低于Fed，說(shuō)明Fed對(duì)大于0.25 mm團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性的影響高于Fes。綜上，紅壤性水稻土團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性同時(shí)受有機(jī)碳及其組分和鐵氧化物的影響；且TOC（0.50）、EOC和LFOC對(duì)MWD及大于0.25 mm團(tuán)聚體含量的總影響效應(yīng)均高于Fes及Fed，因此，就土壤有機(jī)碳、黏粒及鐵鋁氧化物含量均高的紅壤性水稻土而言，對(duì)MWD及大于0.25 mm團(tuán)聚體含量影響較大的可能為有機(jī)碳及其組分。其中的機(jī)理尚有待進(jìn)一步的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合物、有關(guān)基團(tuán)及Fe/Al離子電荷等數(shù)據(jù)的分析。

本研究對(duì)紅壤性水稻土主要膠結(jié)物質(zhì)及團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)建立SEM，較好地模擬了土壤中膠結(jié)物質(zhì)對(duì)團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性的影響及作用機(jī)制，但由于模型中變量和擬合程度有限，可能還存在其他未知變量以及影響路徑對(duì)團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，有待后續(xù)研究進(jìn)一步論證。

4 結(jié) 論

長(zhǎng)期施高量及常量有機(jī)肥的紅壤性水稻土減施有機(jī)肥后，團(tuán)聚體穩(wěn)定性顯著降低，土壤有機(jī)碳及其組分呈現(xiàn)差異性變化特征；長(zhǎng)期施化肥和常量有機(jī)肥的紅壤性水稻土增施有機(jī)肥后，團(tuán)聚體穩(wěn)定性變化不明顯。大于0.25 mm團(tuán)聚體含量隨有機(jī)碳活性組分含量增加而升高，隨游離氧化鐵（Fed）及絡(luò)合態(tài)鐵（Fes）含量的增加分別降低和升高，且是影響團(tuán)聚體穩(wěn)定性的唯一直接影響因素；增減施有機(jī)肥后導(dǎo)致TOC中的LFOC及EOC組分增減的同時(shí)，引起土壤 Fed與 Fes協(xié)同變化，從而導(dǎo)致大于0.25 mm團(tuán)聚體的形成與破壞及團(tuán)聚體穩(wěn)定性升高和降低。有機(jī)碳、黏粒及鐵鋁氧化物含量均高的紅壤性水稻土，EOC對(duì)MWD及大于0.25 mm團(tuán)聚體含量影響高于LFOC，而無(wú)機(jī)膠結(jié)物中的Fed對(duì)其影響高于Fes；對(duì)MWD及大于0.25 mm的團(tuán)聚體含量影響較大的可能為有機(jī)碳及其組分。