王擎運(yùn) 楊遠(yuǎn)照 徐明崗，2 陳 景 郜紅建? 陳 林 張佳寶柴如山 葉新新 周云鵬

（1 農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，合肥 230036）

（2 耕地培育技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

（3 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008）

有機(jī)質(zhì)在農(nóng)田土壤水、養(yǎng)增容及適耕性改善等方面均起到重要作用，其在土壤中的累積過(guò)程與穩(wěn)定機(jī)制受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注［1］。土壤有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定受到物理、化學(xué)、生物等因素的影響［2-3］。有機(jī)物料在微生物等因素共同作用下發(fā)生明顯的礦化行為，新生成的腐殖質(zhì)在鈣鎂、鐵鋁及其氧化物鍵橋的作用下與黏土礦物形成有機(jī)質(zhì)-礦質(zhì)復(fù)合體，并通過(guò)進(jìn)一步的縮合反應(yīng)形成穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)［3-5］。有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體的形成不僅與黏土礦物有關(guān)，還受到礦質(zhì)元素陽(yáng)離子及其金屬氧化物較大的影響。李世鵬等［6］和雷敏等［7］研究發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)累積與鈣鎂鍵有關(guān)，但也有研究認(rèn)為兩者無(wú)明顯關(guān)系；Wei等［8］發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)受到土壤鐵鋁，尤其非晶型鐵鋁氧化物的影響較大；Yu等［9］研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體中除了含有Al3+、Fe3+和O-H-鍵，還有大量的Si-O2+鍵，Si-O2+鍵在非晶型鐵鋁氧化物的生成中起到至關(guān)重要的作用。長(zhǎng)期單施有機(jī)肥或無(wú)機(jī)化肥均不利于Si-O2+鍵的生成，在一定程度上抑制了非晶型納米礦物的生成，間接制約了土壤有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定與累積［9］。綜上所述，有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體的形成是制約有機(jī)質(zhì)累積的關(guān)鍵因子之一，但受制于多種因素影響，其形成過(guò)程與機(jī)制因土壤類型、施肥措施不同而異，存在較多不確定因素［10］。系統(tǒng)地研究土壤有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體類型、含量分布特征，及其與典型礦質(zhì)元素陽(yáng)離子、金屬氧化物間的關(guān)聯(lián)將有助于揭示這一復(fù)雜過(guò)程。

我國(guó)砂姜黑土面積約400萬(wàn)hm2，廣泛分布于黃淮海平原，且以皖北區(qū)域分布面積最大［11］。由于該類型土壤黏粒含量較高（＞350 g?kg-1），且以蒙脫石為主，具有典型的濕脹干縮現(xiàn)象，嚴(yán)重制約區(qū)域農(nóng)田作物產(chǎn)量的穩(wěn)定與進(jìn)一步提升。當(dāng)前，秸稈還田是該類型土壤改良的重要農(nóng)業(yè)措施之一，但在先前的研究中發(fā)現(xiàn)即使經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)10 a的秸稈還田，砂姜黑土有機(jī)質(zhì)提升依然不超過(guò)5.00 g?kg-1［12］。盡管有研究認(rèn)為黏土礦物可通過(guò)有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體的形成穩(wěn)定土壤有機(jī)碳，但在該類型土壤中蒙脫石對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)累積的促進(jìn)作用并不明顯［3］。本研究依托典型砂姜黑土區(qū)秸稈還田長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了土壤有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體中的有機(jī)質(zhì)含量分布特征，及其與典型礦質(zhì)元素陽(yáng)離子、氧化物間的關(guān)聯(lián)特征，以期找出制約該類型農(nóng)田有機(jī)質(zhì)累積的關(guān)鍵機(jī)制，為該類型土壤改良提供理論依據(jù)，并推動(dòng)土壤有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體形成機(jī)制的研究。

1 材料與方法

1.1 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)設(shè)置于農(nóng)業(yè)部華東地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站（116°56′E，33°16′N；安徽蒙城），年平均氣溫15℃，年均降水量850 mm，分布不均且主要集中于夏季。土壤類型為砂姜黑土，是一種典型的變性土［13］。采用小麥、玉米一年兩熟輪作制。供試小麥和玉米品種分別為“煙農(nóng)19”和“鄭單958”。

田間試驗(yàn)始于2007年，設(shè)置5種秸稈還田模式：小麥和玉米秸稈雙季還田+常規(guī)氮磷鉀(WMS+F)、小麥秸稈還田+常規(guī)氮磷鉀（WS+F）、玉米秸稈還田+常規(guī)氮磷鉀（MS+F）、常規(guī)氮磷鉀（F）和秸稈不還田下的不施肥處理（對(duì)照，CK）。單個(gè)小區(qū)面積5.4×8.5 m2，每處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)。小麥播種采用帶狀旋播機(jī)，播種帶寬12 cm，帶距24 cm，播種量為135 kg?hm-2；玉米等行距播種，行距60 cm，密度為每公頃67 500 株。作物收獲后，采用秸稈還田機(jī)直接粉碎還田。磷、鉀肥以基肥為主，播種前一次性施入。氮肥施用分基肥和追肥。小麥和玉米季基追比分別為55%∶45%和50%∶50%。肥料施用量（表1）等同于當(dāng)?shù)卮筇锍Ｒ?guī)水平。

表1 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與化肥施用量Table 1 Treatments and chemical fertilizer application rates in the field experiment/(kg?hm-2)

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

2017年10月玉米收獲后，按對(duì)角線法采集耕層（0～20 cm）土壤樣本。土壤樣本帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后過(guò)2 mm篩，用于土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定（表2）。

土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定［14］：pH采用電位計(jì)法測(cè)定，土水比為1∶2.5；陽(yáng)離子交換量（CEC）采用乙酸銨（1 mol?L-1）交換法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用丘林法測(cè)定；全氮采用半微量凱氏法測(cè)定；全磷采用酸溶—鉬銻抗比色法測(cè)定；全鉀采用NaOH熔融—火焰光度法測(cè)定；有效氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；速效鉀采用乙酸銨浸提—火焰光度法測(cè)定；有效磷采用碳酸氫鈉法測(cè)定。交換性鈣鎂的測(cè)定采用1mol?L-1乙酸銨（pH=7）浸提，電感耦合等離子發(fā)射光譜（iCAP 6300 Series，美國(guó)賽默飛世爾）法測(cè)定。

土壤有機(jī)質(zhì)的分級(jí)參閱文獻(xiàn)［14］。輕組分：采用密度為1.8 g?cm-3的碘化鈉試劑分離，并利用分離前后質(zhì)量差值計(jì)算輕組分有機(jī)質(zhì)含量；鈣鎂鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)：采用0.5 mol?L-1硫酸鈉溶液浸提（土水比為1∶10），并清洗浸提土壤至無(wú)鈣離子溶出，與首次浸提液合并，定容待測(cè)；鐵鋁鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)：上述提取殘留土壤加入氫氧化鈉和焦磷酸鈉混合溶液（NaOH，0.1 mol?L-1；Na4P2O7，0.1 mol?L-1）間歇性振蕩12 h（土水比為1∶10），分離上清液，反復(fù)提取至上清液接近無(wú)色。殘留于土壤中的有機(jī)質(zhì)即為緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)。提取液中有機(jī)碳的測(cè)定采取總有機(jī)碳（TOC）測(cè)定儀（Nulti C/N 3000，德國(guó)耶拿）。緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用丘林法［14］。

短程有序及有機(jī)結(jié)合態(tài)金屬氧化物測(cè)定參閱文獻(xiàn)［14-15］。短程有序鐵鋁氧化物：采用0.1mol?L-1酸式草酸銨浸提（土水比為1∶50）；持續(xù)振蕩4 h，510 r?min-1離心10 min，分離上清液，遮光保存，待測(cè)。有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)鐵鋁氧化物：采用0.3 mol?L-1的焦磷酸鈉溶液浸提（土水比為1∶100），持續(xù)震蕩16 h，510 r?min-1離心10 min，分離上清液，待測(cè)。浸提液中鐵、鋁及硅含量測(cè)定均采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（iCAP 6300 Series，美國(guó)賽默飛世爾）法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

非晶型鐵鋁氧化物及水鋁英石含量的計(jì)算參考文獻(xiàn)［15］：

式中，F(xiàn)eo、Alo、Sio表示短程有序的鐵鋁硅氧化物含量，g?kg-1；Fep、Alp表示有機(jī)絡(luò)合的鐵鋁氧化物含量，g?kg-1。

數(shù)據(jù)及圖形處理采用Microsoft Excel 2007。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)依托SPSS17.0，采用最小顯著差異（LSD）法進(jìn)行多重比較，檢驗(yàn)處理間的差異（P＜0.05）。

2 結(jié) 果

2.1 秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體中有機(jī)質(zhì)累積的影響

典型砂姜黑土有機(jī)質(zhì)含量約19.16 g?kg-1（表2），略高于相同區(qū)域潮土有機(jī)質(zhì)含量［16］。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不同秸稈還田處理，土壤有機(jī)質(zhì)含量均出現(xiàn)不同程度的累積（表3）。2017年化肥配施下的小麥秸稈還田（WS+F）處理土壤有機(jī)質(zhì)含量與小麥玉米秸稈雙季還田（WMS+F）、玉米秸稈單季還田（MS+F）、化肥氮磷鉀配施（F）處理相似，均顯著高于對(duì)照。長(zhǎng)期秸稈不還田和氮磷鉀的平衡施用（F處理）同樣促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的累積。

依據(jù)有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體的形成機(jī)制可將土壤有機(jī)質(zhì)劃分為輕組分、鈣鎂鍵合態(tài)、鐵鋁鍵合態(tài)和緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)［3-5,17］。該類型土壤有機(jī)質(zhì)以緊密結(jié)合態(tài)為主（表3），約12.36 g?kg-1，占其總量的64.41%左右；其次為鐵鋁鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)（24.19%）和輕組分（9.00%）。鈣鎂鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)含量較低，均值為0.05 g?kg-1，不超過(guò)土壤有機(jī)質(zhì)總量的0.50%。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不同的秸稈還田，不同組分有機(jī)質(zhì)均呈現(xiàn)為秸稈還田處理（WMS+FWS+FMS+F）土壤中的含量相似，高于化肥處理（F），顯著高于對(duì)照（CK）。這與土壤有機(jī)質(zhì)總量的變化基本一致。秸稈還田處理土壤緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)累積量約為2.09 g?kg-1，明顯高于鐵鋁鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)累積量（1.17 g?kg-1）。鈣鎂鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)含量較低，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的累積無(wú)明顯貢獻(xiàn)。

表2 耕層（0～20 cm）土壤基本理化性質(zhì)Table 2 Basic physical and chemical properties of the surface layer (0～20 cm) soil

表3 長(zhǎng)期不同秸稈還田模式下土壤有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體中有機(jī)質(zhì)含量Table 3 Content of OM in mineral-bound organic matter complexes relative to treatment

2.2 秸稈還田對(duì)土壤交換性鈣、鎂含量的影響

典型砂姜黑土可交換性Ca2+、Mg2+含量分別為9.25 cmol?kg-1和3.82 cmol?kg-1（圖1），處于中等水平［18］。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不同秸稈還田處理，土壤中交換性Ca2+、Mg2+含量均有不同程度的下降，尤其是鈣的含量顯著低于對(duì)照。MS+F處理土壤的Ca/Mg比值與WMS+F、WS+F及單純化肥處理（F）土壤相似，顯著低于對(duì)照處理。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期磷肥（磷酸二氫鈣）處理，土壤中交換性鈣并未出現(xiàn)明顯累積，Ca/Mg比值有降低的趨勢(shì)。

2.3 秸稈還田對(duì)土壤短程有序鐵鋁氧化物的影響

土壤短程有序鐵鋁氧化物主要由有機(jī)結(jié)合態(tài)和非晶型鐵鋁氧化物組成［14-15］。土壤中短程有序鐵鋁氧化物的含量（表4）均值分別為1.75 g?kg-1和1.42 g?kg-1，最多可產(chǎn)生鍵合19.49 cmol?kg-1（Al3+）、5.09～7.63 cmol?kg-1（Fe2+～Fe3+），明顯高于土壤交換性鈣鎂鍵合總量（圖1）（13.07 cmol?kg-1）。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期秸稈還田處理，土壤短程有序鋁的含量有所提升，顯著高于對(duì)照（表4）。有機(jī)結(jié)合態(tài)鐵鋁則呈現(xiàn)在WMS+F和WS+F處理土壤中的含量相似，明顯高于其余處理，尤其是對(duì)照。這與不同秸稈還田處理下土壤有機(jī)質(zhì)累積特征（表3）較為相似，但明顯有別于土壤非晶形鐵鋁氧化物含量的變化特征。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期秸稈還田，在土壤有機(jī)質(zhì)累積的同時(shí)，短程有序和有機(jī)結(jié)合態(tài)鐵鋁氧化物的含量均有所提升，但明顯降低了土壤非晶型鐵鋁氧化物的含量。

圖1 長(zhǎng)期不同秸稈還田模式下土壤交換性鈣鎂含量Fig.1 Content of soil exchange Ca2+ and Mg2+ in the soil relative to treatment in the long-term field experiment

表4 長(zhǎng)期不同秸稈還田模式下土壤鐵鋁氧化物含量Table 4 Content of soil Fe/Al oxides relative to treatment /(g?kg-1)

土壤中水鋁英石和非晶型鐵鋁氧化物含量的變化較為一致，均呈現(xiàn)在WMS+F和WS+F處理土壤含量相似，低于其余處理（表3）。相關(guān)擬合結(jié)果（圖2）顯示，土壤中的水鋁英石與短程有序、有機(jī)結(jié)合態(tài)硅的含量顯著正相關(guān)，但與非晶形硅呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)。這與土壤不同形態(tài)鐵鋁氧化物含量變化特征相同。

3 討 論

3.1 長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)累積的影響

在不同秸稈還田模式下，該類型農(nóng)田土壤有機(jī)物料來(lái)源主要有秸稈和作物根系［12,19］。盡管有機(jī)物料來(lái)源總量因還田模式不同而有很大差異，但這并未顯著影響到土壤有機(jī)質(zhì)的累積。比如，小麥秸稈當(dāng)年還田量約15.0 t?hm-2，而玉米秸稈年度還田量則高達(dá)22.5 t?hm-2。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不同秸稈還田處理，土壤有機(jī)質(zhì)累積量不超過(guò)4.0 g?kg-1，且處理間的差異不顯著（表3）。小麥、玉米秸稈雙季還田與作物秸稈的單季還田相比并不能顯著促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的累積，與長(zhǎng)期氮磷鉀平衡施肥處理土壤有機(jī)質(zhì)累積量較為接近。這表明在該類型土壤中有機(jī)質(zhì)累積受到明顯抑制，并不完全取決于外源性有機(jī)物料的輸入量［12］。

圖2 土壤不同形態(tài)硅與水鋁英石間的協(xié)同關(guān)系（n=15）Fig.2 Synergistic relationship between different forms of silicon and allophane in soil (n=15)

依據(jù)秸稈礦化、有機(jī)-無(wú)機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體形成機(jī)制可知輕組分以未腐化的作物秸稈和根系為主；鈣鎂、鐵鋁鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)則與新生成的腐殖質(zhì)有關(guān)，在土壤有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定和累積中起到重要的過(guò)渡作用；而緊密結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)則是在鈣鎂、鐵鋁鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)的基礎(chǔ)上通過(guò)進(jìn)一步縮合反應(yīng)而成，性質(zhì)較為穩(wěn)定［3-5］。土壤有機(jī)質(zhì)累積是多組分共同作用、疊加的結(jié)果，這在相關(guān)分析結(jié)果（表5）中得到很好的驗(yàn)證。輕組分、鈣鎂、鐵鋁鍵和緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)均與土壤有機(jī)質(zhì)總量呈正相關(guān)，尤其鐵鋁鍵和緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)與有機(jī)質(zhì)全量的關(guān)系達(dá)到顯著正相關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)累積主要受到鐵鋁鍵和緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)尤其后者的影響較大。盡管不少研究認(rèn)為，鈣鎂鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)是土壤腐殖質(zhì)的重要形態(tài)，但在典型砂姜黑土中的含量及其對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鐵鋁鍵和緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)［6-8］。

表 5 金屬氧化物與土壤有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合膠體的相關(guān)性Table 5 Correlation analysis of metal oxides with soil organo-mineral composite colloids

3.2 長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)鈣鎂鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)的影響

Ca2+和Mg2+是土壤中最主要的鹽基離子。在鹽基飽和的土壤中可交換性Ca2+、Mg2+含量一般可占土壤交換性離子總量的90%～95%，且以鈣離子為主。砂姜黑土分布區(qū)是典型重碳酸鹽的富集區(qū)，在氣候及土壤水分季節(jié)性干濕交替作用下形成大量砂姜巖（石灰結(jié)核）［16］。富含鈣離子曾經(jīng)是該類型土壤最典型的特征，但在本研究中發(fā)現(xiàn)土壤中交換性鈣鎂含量并不高，這可能與土壤人為耕作熟化過(guò)程中離子的淋溶有很大關(guān)系［18,20］。Ca2+和Mg2+為互補(bǔ)離子，鈣/鎂比值的不同在一定程度上反映了兩種離子的動(dòng)態(tài)變化［21-22］。土壤中的交換性鈣/鎂比值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這同樣表明外源性鈣離子發(fā)生了明顯的淋溶遷移行為［23］。在該類型土壤中交換性鈣鎂鍵合量要低于鐵鋁潛在可供鍵合量，這是土壤鈣鎂鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)含量較低的重要原因之一。

由于鈣鎂以離子交換鍵為主，而鐵鋁鍵更多生成共價(jià)鍵，鈣鎂鍵所形成有機(jī)-無(wú)機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體穩(wěn)定性較后者差很多［24］。鈣鎂鍵復(fù)合體在不能向更穩(wěn)定的有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體轉(zhuǎn)化的情況下，土壤有機(jī)質(zhì)有可能因離子鍵的斷裂而向游離態(tài)方向轉(zhuǎn)化［25］。雖然有研究認(rèn)為鈣鎂離子在土壤有機(jī)質(zhì)累積中起到重要作用，但其并不是關(guān)鍵因素［23］。

3.3 長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)鐵鋁鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)的影響

鐵鋁是土壤中的大量元素，但其對(duì)環(huán)境的影響主要取決于活性較高的短程有序鐵鋁氧化物［26］。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不同秸稈還田處理，在有機(jī)質(zhì)累積過(guò)程中土壤pH下降明顯，氧化還原電位也會(huì)發(fā)生不同程度的變化，這會(huì)促進(jìn)堿基陽(yáng)離子的淋溶遷移行為，對(duì)土壤金屬氧化物亦有很強(qiáng)的活化作用［27-29］。經(jīng)過(guò)不同的秸稈還田處理，土壤有機(jī)質(zhì)與短程有序鐵鋁氧化物含量均有了明顯的提升，這與相關(guān)的研究較為一致：多個(gè)研究均發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)與短程有序鐵鋁氧化物含量顯著正相關(guān)（P＜0.05）［9,26,29］。

非晶型黏土礦物具有較大的比表面積，可通過(guò)配位鍵形成有機(jī)-無(wú)機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體，穩(wěn)定土壤有機(jī)質(zhì)［30］?？傆袡C(jī)質(zhì)、鐵鋁結(jié)合態(tài)和緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)含量與土壤短程有序、有機(jī)結(jié)合態(tài)鐵鋁含量皆呈顯著正相關(guān)，但與非晶型鐵鋁氧化物含量呈明顯的負(fù)向相關(guān)性。由于短程有序金屬氧化物主要由有機(jī)結(jié)合態(tài)和非晶型金屬氧化物組成，短程有序鐵鋁氧化物與有機(jī)質(zhì)間的復(fù)合降低了非晶型鐵鋁氧化物在土壤中的含量［9,26］。這表明非晶型鐵鋁氧化物的生成需要一定時(shí)間，有可能是限制土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)一步累積的重要原因之一。

水鋁英石是土壤中典型富含鋁氧化物的非晶型黏土礦物［15］。水鋁英石的形成離不開硅氧鍵的參與［9,29,31］。Xiao等［29］和Xie等［31］認(rèn)為經(jīng)過(guò)有機(jī)無(wú)機(jī)化肥處理，在土壤微生物及相關(guān)酶的共同作用下形成大量硅氧鍵促進(jìn)土壤非晶型黏土礦物（水鋁英石、伊毛縞石、水鐵礦等）的生成。本文研究結(jié)果顯示，土壤水鋁英石與短程有序和有機(jī)結(jié)合硅呈顯著正相關(guān)，但與土壤非晶型硅顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）（圖2）。水鋁英石與不同形態(tài)硅間的相關(guān)分析結(jié)果表明，秸稈還田及肥料的長(zhǎng)期施用提高了該類型土壤中硅的活性，促進(jìn)了水鋁英石的生成，并參與了有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體的形成。由于非晶型硅的含量有限，生成速度較慢，在一定程度上制約了非晶型水鋁英石的生成［20］。這與相關(guān)的研究結(jié)果［9,29,31］較為一致。短程有序鐵鋁氧化物對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響，在非晶形水鋁英石的形成中得到了很好的驗(yàn)證。

3.4 長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)的影響

有不少研究認(rèn)為緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)以胡敏素為主，與黏土礦物緊密結(jié)合在一起，性質(zhì)穩(wěn)定，形成需要較長(zhǎng)時(shí)間［32-34］。本研究結(jié)果顯示，在過(guò)去的十年中形成了數(shù)量可觀的緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)（2.09 g?kg-1），對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)累積的貢獻(xiàn)接近65%，要明顯高于鐵鋁鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)（1.17g?kg-1）及其他組分。

綜合上述研究結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，在該類型土壤中有機(jī)質(zhì)累積受到多組分的影響，但最終以鐵鋁鍵合和緊密結(jié)合態(tài)的形式穩(wěn)定下來(lái)。緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)最能影響該類型土壤有機(jī)質(zhì)的累積。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能原因主要有如下幾點(diǎn)：一、鐵鋁鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性要明顯高于鈣鎂鍵合態(tài)，但依然具有一定的活性，在不能向更穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)形態(tài)轉(zhuǎn)化的情況下有可能發(fā)生明顯的礦化行為［25］；二、土壤中鐵鋁鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)與短程有序尤其非晶型鐵鋁氧化物有關(guān)，但相關(guān)氧化物在土壤中的含量有限，且生成時(shí)間較慢，限制了該類型有機(jī)質(zhì)的持續(xù)累積［27］；三、緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)與黏土礦物間的鍵合和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性均要明顯強(qiáng)于其余組分。團(tuán)聚體中生物有效性較低，是造成其持續(xù)累積的關(guān)鍵原因［32-34］。

黏土礦物類型、礦質(zhì)元素陽(yáng)離子及其金屬氧化物含量等因素均因土壤不同而有較大差異。緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)的生成機(jī)制，及其對(duì)不同土壤有機(jī)質(zhì)累積的貢獻(xiàn)依然有待于進(jìn)一步探索。

4 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期秸稈還田土壤有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)較為明顯的累積，明顯高于單純的氮磷鉀處理，顯著高于對(duì)照。小麥秸稈與玉米秸稈還田相比更能促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的累積。有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體中的有機(jī)質(zhì)主要以鐵鋁鍵合態(tài)和緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)的形式存在，累計(jì)占其總量的88.70%，并與土壤有機(jī)質(zhì)全量呈現(xiàn)一致的變化規(guī)律。鈣鎂累積曾經(jīng)是砂姜黑土最典型特征，但以淋溶遷移為主，對(duì)土壤有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體中的有機(jī)質(zhì)影響較?。≒＞0.05）。鐵鋁、緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)與土壤短程有序、有機(jī)結(jié)合態(tài)鐵鋁氧化物呈顯著正相關(guān)，但與非晶型鐵鋁氧化物呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。非晶型鐵鋁氧化物生成速度較慢、含量不足是限制土壤有機(jī)質(zhì)累積的關(guān)鍵因素。由于緊密結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)與鐵鋁鍵合態(tài)有機(jī)質(zhì)更能影響土壤有機(jī)質(zhì)累積，相關(guān)生成轉(zhuǎn)化機(jī)制值得進(jìn)一步研究。