石灰與有機(jī)物料聯(lián)用對雙季稻產(chǎn)量和土壤團(tuán)聚體碳氮分布的影響

摘要： 【目的】石灰、紫云英和稻草已被廣泛應(yīng)用于南方稻區(qū)，但三者協(xié)同改良土壤的效果和機(jī)制仍不清楚。本研究探討石灰、紫云英和稻草協(xié)同利用對稻田土壤團(tuán)聚體組成及碳氮分布的長期影響，為其高效利用提供理論依據(jù)?！痉椒ā窟x取南方稻區(qū)廣泛分布的河砂泥田和紅泥田土壤，進(jìn)行了6 年微區(qū)定位試驗(yàn)。試驗(yàn)包括3 個處理：常規(guī)施肥（F）、紫云英+稻草+常規(guī)施肥（GRF）、紫云英+稻草+石灰+常規(guī)施肥（GRFL）。晚稻收獲后，采集0—20 cm 土層樣品，用濕篩法將土壤團(tuán)聚體分為4 級，測定各級團(tuán)聚體的數(shù)量、占比，以及有機(jī)碳和氮含量，計算土壤團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD） 以及粒徑gt;0.25 mm 團(tuán)聚體含量（R0.25），調(diào)查早稻、晚稻和周年水稻產(chǎn)量，并分析了不同粒級團(tuán)聚體有機(jī)碳、氮儲量與水稻周年產(chǎn)量的相關(guān)性?！窘Y(jié)果】就河砂泥田而言，與F 處理相比，GRF 和GRFL 處理水稻周年產(chǎn)量分別顯著提高了17.29% 和20.88%；GRF 處理顯著提高了0.25～2 mm 粒徑團(tuán)聚體含量13.53%，R0.25 顯著提高了6.66%。與GRF 處理相比，GRFL 處理的MWD 和GMD分別提高了10.45% 和12.00%，并顯著提高了gt;2、0.053～0.25 和lt;0.053 mm 粒徑團(tuán)聚體的有機(jī)碳和全氮含量及有機(jī)碳總儲量。水稻產(chǎn)量與gt;2 和0.25～2 mm 粒徑土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳儲量呈顯著正相關(guān)。就紅泥田而言，與F 處理相比，GRF 和GRFL 處理水稻周年產(chǎn)量分別顯著提高了13.99% 和14.98%；GRF 處理0.25～2 mm 粒徑團(tuán)聚體含量顯著提高了41.41%，R0.25 顯著提高了5.25%，并顯著提高了gt;2 和0.25～2 mm 粒徑土壤團(tuán)聚體中碳、氮含量及總儲量。但與GRF 相比，GRFL 處理的MWD 和GMD 分別降低了1.73% 和8.66%，R0.25 顯著降低了3.17%；有機(jī)碳和氮儲量分別降低了4.70% 和4.74%。水稻產(chǎn)量與gt;2 和0.25～2 mm 粒徑土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳儲量呈顯著正相關(guān)。【結(jié)論】紫云英與稻草聯(lián)合利用能夠顯著提高水稻產(chǎn)量，促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體形成并改善土壤結(jié)構(gòu)。在聯(lián)合利用的基礎(chǔ)上添加石灰能進(jìn)一步提高河砂泥田土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，提高土壤有機(jī)碳和氮儲量，但降低了紅泥田土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性和碳氮儲量。

關(guān)鍵詞： 石灰；有機(jī)物料；河砂泥田；紅泥田；團(tuán)聚體組分；有機(jī)碳；全氮

過去30 年間，中國南方土壤酸化及土壤質(zhì)量退化已成為制約水稻產(chǎn)量的主要因素之一[1]。石灰常用于改良酸性土壤，施用石灰不僅能緩解土壤酸化，還能提高土壤含水率和團(tuán)聚體穩(wěn)定性[ 2 ]。紫云英（Astragalus sinicus L.） 和稻草是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)資源，在冬閑期種植紫云英并在第二年翻壓還田能替代20%～40% 的化學(xué)氮肥，顯著改善土壤生態(tài)環(huán)境[3]。稻草翻壓還田也是提高土壤質(zhì)量的重要舉措[4]。由于稻草的C/N 相對較高，不易分解，而紫云英的C/N相對較低，將二者聯(lián)合還田可以調(diào)節(jié)土壤C/N，更好地改善土壤質(zhì)量。近年來，紫云英和稻草聯(lián)合利用已成為南方稻區(qū)有機(jī)資源高效利用的技術(shù)模式，被廣泛地應(yīng)用。

作為外源有機(jī)氮和碳源，紫云英和稻草施入土壤后，可以提高有機(jī)和無機(jī)膠結(jié)物質(zhì)對土壤的膠結(jié)能力，有利于團(tuán)聚體的形成[5]，二者聯(lián)合利用還可以調(diào)控土壤微生物量碳、氮的周轉(zhuǎn)，提高表層土壤中有機(jī)碳、氮的積累[6?7]，對提高土壤質(zhì)量具有重要作用。土壤團(tuán)聚體組成是衡量土壤結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，它們的數(shù)量和質(zhì)量反映了土壤有機(jī)碳、氮的固定與周轉(zhuǎn)過程[8?9]，特別是大團(tuán)聚體，作為土壤養(yǎng)分的主要載體，其數(shù)量與土壤有機(jī)碳含量呈顯著正相關(guān)[6， 10]。良好的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)其對有機(jī)碳的物理保護(hù)，是提升土壤肥力的必要條件之一。前人研究表明，稻草配施化肥能降低土壤容重，提高土壤孔隙度和水分含量，促進(jìn)根系生長，有效地改良土壤結(jié)構(gòu)[11]。種植翻壓紫云英能提高gt;0.25 mm 粒徑土壤團(tuán)聚體含量，提升土壤對碳、氮等養(yǎng)分的固持能力，從而提高土壤有機(jī)碳和全氮含量[12]。紫云英和稻草聯(lián)合還田也能提高土壤有機(jī)碳含量，促進(jìn)土壤顆粒膠結(jié)與團(tuán)聚，有利于大團(tuán)聚體的形成；聯(lián)合還田模式還能提高團(tuán)聚體內(nèi)顆粒態(tài)有機(jī)碳含量，形成物理保護(hù)，提升有機(jī)碳的穩(wěn)定性[13?14]。石灰作為常用的酸性土壤調(diào)理劑，長期大量施用石灰破壞了水稻土中土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致耕作層板結(jié)、養(yǎng)分有效性降低[15]。而紫云英與稻草的投入能提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，有效改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)養(yǎng)分固持能力。本課題組前期研究表明，石灰與有機(jī)物料聯(lián)用能有效提高河砂泥田和紅泥田土壤pH 及緩沖容量，提高土壤的抗酸化能力，從而減緩?fù)寥浪峄^程[16]。但有關(guān)紫云英、稻草等有機(jī)物料與石灰協(xié)同利用對土壤團(tuán)聚體組成變化的影響研究較少，尤其是持續(xù)將石灰與有機(jī)物料聯(lián)用對不同類型土壤物理結(jié)構(gòu)及養(yǎng)分保持的影響尚不明確。

由河流沖積物發(fā)育而成的河砂泥田（alluvialloamy paddy soil） 和第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育而成的紅泥田（reddish yellow clayed paddy soil） 是南方稻區(qū)分布最廣的兩類紅壤性水稻土，我們在這兩種土壤上布置了微區(qū)定位試驗(yàn)，探究石灰和有機(jī)物料（紫云英與稻草聯(lián)合利用） 投入對水稻產(chǎn)量、土壤團(tuán)聚體的組成和穩(wěn)定性、各粒級團(tuán)聚體中有機(jī)碳和全氮含量的影響，以期為石灰、紫云英和稻草聯(lián)合還田模式在南方稻區(qū)的高效利用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

本試驗(yàn)在湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所試驗(yàn)基地（28°11′N， 113°05′E） 進(jìn)行，該地屬于季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量約1300 mm，年均氣溫16.5℃，供試土壤名稱（參考全國第三次土壤普查土種土屬分類）及其主要理化性質(zhì)見表1。試驗(yàn)始于2016 年，為田間微區(qū)定位試驗(yàn)，供試早稻品種為常規(guī)稻‘中早39’，晚稻品種為雜交稻‘深優(yōu)9586’。每年早稻于3 月下旬播種，4 月下旬移栽，7 月中旬收獲；晚稻于7 月上旬播種，7 月下旬移栽，10 月下旬收獲；紫云英于10 月中下旬播種，播種量為37.5 kg/hm2，次年4 月與前一年晚稻的稻草共同翻壓還田，翻壓量為22500 kg/hm2 （鮮重）。早稻每個小區(qū)的面積為2.25 m2 （1.33 m×1.69 m），早、晚稻密度均為20 cm×20 cm。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3 個處理分別為：F，化肥（早稻化肥N、P2O5、K2O 施用量為150、75、90 kg/hm2，晚稻為180、45、120 kg/hm2；GRF，化肥+紫云英+稻草（化肥用量同F(xiàn) 處理）；GRFL，化肥+紫云英+稻草+石灰（化肥用量同F(xiàn) 處理）。每個處理設(shè)3 個重復(fù)。氮肥、磷肥和鉀肥為尿素、鈣鎂磷肥和氯化鉀，氮肥分兩次施用（移栽前70%、分蘗期30%），磷肥全部作為基肥施用，鉀肥分兩次施用（移栽前50%、分蘗期50%）。每季水稻移栽前7 天施用石灰，施用量為900 kg/hm2?；视谒疽圃郧? 天施入，追肥于移栽后10～15 天施入。其他田間管理與當(dāng)?shù)刈顑?yōu)管理措施一致。

1.2 土壤樣品測定方法

2016 年試驗(yàn)開始前 0—20 cm 土層土壤的機(jī)械組成采用比重計法測定，采用電位法測定土壤pH （水土比為2.5∶1），采用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機(jī)碳含量，采用凱氏定氮法測定土壤全氮含量，采用0.5 mol/L NaHCO3 浸提—鉬銻抗分光光度法測定有效磷含量，采用乙酸銨浸提—火焰光度法測定速效鉀含量，具體操作參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[17]。

于2021 年11 月晚稻收獲后，按照“隨機(jī)多點(diǎn)”的原則采集各小區(qū)0—20 cm 土層原狀土壤樣品約1 kg，將土樣置于鋁盒中帶回實(shí)驗(yàn)室（在運(yùn)輸中盡量減少翻壓震動，防止土塊因外力擠壓變形），沿自然斷裂面掰成8 mm 左右的土塊，并剔除石塊、根系等雜物，在陰涼干燥處自然風(fēng)干后過8 mm 篩，用于篩分團(tuán)聚體。水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分離參照Elliott [18]的方法：稱量50 g 風(fēng)干土放置于2、0.25 和0.053 mm 套篩的最上層，向桶內(nèi)加入適量純凈水，使水位剛好覆蓋最上層土壤，浸透后靜置10 min，接著以30 次/min 的速度將桶中套篩上下移動，移動距離為3 cm，持續(xù)時間為10 min，將各篩中的土壤依次轉(zhuǎn)移到燒杯內(nèi)，得到不同粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體：gt;2、0.25～2、0.053～0.25 mm，將桶中的溶液倒入盆中，獲得lt;0.053 mm 粒徑團(tuán)聚體。將4 個粒徑的土水混合液于室溫靜置48 h 后倒出上清，將沉淀在50℃ 下烘干后記錄其重量。取全土及經(jīng)過篩分后的各粒徑團(tuán)聚體樣品，研磨至其能通過 0.15 mm 篩，采用元素分析儀（Elementar，Vario） 測定其有機(jī)碳和全氮含量。

1.3 數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計分析

團(tuán)聚體穩(wěn)定性采用平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD） 和gt;0.25 mm 粒徑團(tuán)聚體含量（R0.25）表示[19]，計算公式如下：

用Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處理與計算，用SPSS 20.0 軟件統(tǒng)計分析，采用Origin 2023 進(jìn)行繪圖。所有數(shù)據(jù)經(jīng)過方差齊性和正態(tài)分布檢驗(yàn)。采用Duncan 檢驗(yàn)法進(jìn)行多組樣本間的差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 石灰和有機(jī)物料投入對土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響

2.1.1 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成 不同處理對兩種類型土壤的水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成有明顯的影響，且因土壤類型的不同而表現(xiàn)出差異（圖1）。河砂泥田中土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體優(yōu)勢粒徑為0.25～2 mm，占團(tuán)聚體總量的43.00%～48.82%；而紅泥田中土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體優(yōu)勢粒級為gt;2 mm，占團(tuán)聚體總量的61.10%～66.51%。與F 處理相比，河砂泥田GRF 處理顯著提高了0.25～2 mm 粒徑團(tuán)聚體含量（Plt;0.05），增幅為13.53%，顯著降低了lt;0.053 mm 粒徑團(tuán)聚體含量（Plt;0.05），降幅為23.19%。紅泥田GRF 處理顯著提高了0.25～2 mm 粒徑團(tuán)聚體含量，增幅為41.41%。與GRF 處理相比，河砂泥田GRFL 處理顯著提高了gt;2 mm 粒徑團(tuán)聚體含量，增幅為16.98% （Plt;0.05），0.053～0.25 mm 和lt;0.053 mm 粒徑團(tuán)聚體含量有降低的趨勢。與河砂泥田的表現(xiàn)明顯不同，與GRF 處理相比，紅泥田GRFL 處理gt;2 mm 粒徑團(tuán)聚體含量有降低的趨勢，同時，紅泥田GRFL 處理lt;0.053 mm 粒徑團(tuán)聚體含量顯著提高，增幅為95.68% （Plt;0.05）。

2.1.2 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性 河砂泥田和紅泥田中GRF 處理土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的變化表現(xiàn)一致，與F 處理相比，GRF 處理均顯著提高了R0.25，河砂泥田和紅泥田增幅分別為6.66% 和5.25% （Plt;0.05）（表2）。與GRF 處理相比，河砂泥田GRFL 處理顯著提高了MWD 和GMD （Plt;0.05），增幅分別為10.45%和12.00%。而紅泥田GRFL 處理顯著降低了GMD和R0.25 （Plt;0.05），降幅分別為8.66% 和3.17%，其MWD 也降低了1.73%。

2.2 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量與碳儲量的變化

與F 處理相比，GRF 處理顯著提高了2 種類型土壤的有機(jī)碳含量（Plt;0.05），增幅分別為20.91% 和25.31% （表3）。與GRF 處理相比，河砂泥田GRFL處理提高了原土有機(jī)碳含量，但紅泥田GRFL 處理原土有機(jī)碳含量有降低的趨勢。與F 處理相比，河砂泥田GRF 處理主要提高了lt;0.053 mm 粒徑團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量（Plt;0.05），增幅為18.43%；紅泥田GRF 處理主要提高了gt;2 和0.25～2 mm 粒徑團(tuán)聚體中的有機(jī)碳含量（Plt;0.05），增幅分別為21.01% 和25.06%。與GRF 處理相比，河砂泥田GRFL 處理gt;2、0.053～0.25 和lt;0.053 mm 粒徑團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量均顯著提高（Plt;0.05），增幅分別為10.94%、10.87% 和40.30%；與GRF 處理相比，紅泥田GRFL處理gt;2 和0.25～2 mm 粒徑團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量有降低的趨勢。

河砂泥田中，土壤有機(jī)碳儲量主要集中在0.25～2 mm 粒徑團(tuán)聚體；而紅泥田中，土壤有機(jī)碳儲量主要集中在gt;2 mm 粒徑團(tuán)聚體中（表4）。與F 處理相比，紅泥田GRF 處理顯著提高了gt;2 和0.25～2 mm粒徑土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳儲量與碳的總儲量（Plt;0.05）；河砂泥田GRF 處理有機(jī)碳的總儲量也有增加的趨勢。與GRF 處理相比，河砂泥田GRFL 處理顯著提高了gt;2 和lt;0.053 mm 粒徑土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳儲量與碳的總儲量（Plt;0.05），而紅泥田中GRFL 處理土壤有機(jī)碳的總儲量顯著降低了4.70% （Plt;0.05）。

2.3 土壤團(tuán)聚體全氮含量與氮儲量的變化

與F 處理相比，GRF 處理顯著提高了河砂泥田和紅泥田2 種類型土壤的全氮含量，增幅分別為14.29% 和15.15% （表5）。與F 處理相比，紅泥田GRF 處理0.25～2 mm 粒徑團(tuán)聚體的全氮含量顯著提高（Plt;0.05），增幅為15.97%；而河砂泥田GRF 處理0.25～2 mm 粒徑團(tuán)聚體的全氮含量無顯著差異。與GRF 處理相比，河砂泥田GRFL 處理gt;2、0.053～0.25 和lt;0.053 mm 粒徑團(tuán)聚體的全氮含量均顯著提高（Plt;0.05），增幅分別為12.31%、15.11% 和45.61%，而紅泥田GRFL 與GRF 處理各土壤團(tuán)聚體間無顯著差異。

兩種類型土壤的氮儲量主要集中在0.25～2 和gt;2 mm 粒徑團(tuán)聚體中（表6）。與F 處理相比，紅泥田GRF 處理顯著提高了gt;2 和0.25～2 mm 粒徑土壤團(tuán)聚體中氮儲量及氮的總儲量（Plt;0.05），降低了lt;0.053 mm 粒徑土壤團(tuán)聚體中氮儲量。與GRF 處理相比，河砂泥田GRFL 處理顯著提高了gt;2 和lt;0.053mm 粒徑團(tuán)聚體中氮儲量（Plt;0.05），而紅泥田GRFL處理顯著降低了gt;2 和0.25～2 mm 粒徑團(tuán)聚體中氮儲量，氮的總儲量也顯著降低了4.74%。

2.4 土壤團(tuán)聚體中碳、氮儲量與水稻產(chǎn)量的關(guān)系

石灰與有機(jī)物料顯著提高了水稻的周年產(chǎn)量（表7）。早稻季，與F 處理相比，河砂泥田GRF 和GRFL 處理未顯著提高水稻產(chǎn)量。紅泥田各處理的產(chǎn)量變化趨勢與河砂泥田一致。晚稻季，與F 處理相比，河砂泥田土壤GRF 和GRFL 處理的產(chǎn)量分別提高了22.60% 和22.09%；紅泥田土壤GRF 和GRFL處理的產(chǎn)量分別提高了17.09% 和18.17%，均達(dá)到顯著水平（Plt;0.05）。從雙季稻輪作周年來看，與F 處理相比，河砂泥田GRF 和GRFL 處理水稻產(chǎn)量分別顯著提高了17.29% 和20.88%；紅泥田GRF 和GRFL處理水稻產(chǎn)量分別顯著提高了13.99% 和14.98% （Plt;0.05）。

在兩種類型土壤上，水稻產(chǎn)量均隨著gt;2 和0.25～2 mm 粒徑土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳儲量的增加而提高（圖2）。河砂泥田上，水稻產(chǎn)量隨著0.053～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體中有機(jī)碳儲量的增加而顯著降低；紅泥田上，水稻產(chǎn)量隨著0.053～0.25 和lt;0.053 mm 粒徑團(tuán)聚體中有機(jī)碳儲量的增加而降低。與產(chǎn)量隨有機(jī)碳儲量的變化規(guī)律相似，兩種土壤中，水稻產(chǎn)量均隨著gt;2 和0.25～2 mm 粒徑土壤團(tuán)聚體中氮儲量的增加而提高，隨著0.053～0.25 和lt;0.053 mm 粒徑團(tuán)聚體中氮儲量的增加而降低。

3 討論

3.1 石灰和有機(jī)物料對土壤團(tuán)聚體組成及其穩(wěn)定性的影響

作為土壤結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，不同粒徑團(tuán)聚體的含量與分布反映了土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而穩(wěn)定的土壤結(jié)構(gòu)是作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的必要條件[21]。在本研究中，與常規(guī)施肥處理（F） 相比，紫云英與稻草聯(lián)合利用處理（GRF） 提高了河砂泥田和紅泥田中0.25～2 mm粒徑團(tuán)聚體含量，降低了lt;0.053 mm 粒徑團(tuán)聚體含量（圖1），外源有機(jī)物料的輸入提供了有機(jī)碳源，形成有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)，促進(jìn)微團(tuán)聚體形成大團(tuán)聚體。土壤團(tuán)聚體MWD 和GMD 值是評價其穩(wěn)定性的常用指標(biāo)，數(shù)值越高則證明土壤團(tuán)聚體越穩(wěn)定[ 2 2 ]。本研究的兩種供試土壤中，紫云英與稻草聯(lián)合利用處理（GRF） 的MWD 和GMD 值與常規(guī)施肥處理（F） 相比均沒有顯著差異（表2），由于本研究紫云英和稻草投入的年限較短，還不足以促進(jìn)微團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化為gt;2 mm 粒徑大團(tuán)聚體，在短期內(nèi)難以明顯改善土壤物理結(jié)構(gòu)，這與前人[12，13]的研究結(jié)果相一致。前人對于石灰影響土壤結(jié)構(gòu)的結(jié)論尚且存在爭議，Chan等[23]認(rèn)為石灰提供的鈣離子能參與土壤中微團(tuán)聚體的形成，并在微生物的作用下穩(wěn)定為大團(tuán)聚體，從而改善土壤物理結(jié)構(gòu)，但Grieve 等[24]認(rèn)為，施用石灰后造成土壤結(jié)構(gòu)的改變須歸因于蚯蚓數(shù)量的增加，而非石灰本身；尹澤潤等[25]通過6 年的定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單施石灰顯著降低了0.5～1 mm 粒徑團(tuán)聚體含量，從而對土壤健康產(chǎn)生負(fù)面作用。本研究中，與GRF相比紫云英和稻草聯(lián)合利用配施石灰（GRFL） 顯著提高了河砂泥田gt;2 mm 粒徑團(tuán)聚體含量以及MWD 和GMD 值。石灰的添加提高了土壤中的活性碳含量，降低了土壤有機(jī)質(zhì)礦化作用，有機(jī)物料的投入也為土壤微生物提供了豐富的碳源，二者的投入可能形成了積極的正面效應(yīng)，從而顯著提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，改善土壤物理結(jié)構(gòu)[26?27]。因此，將稻草等有機(jī)物料與石灰綜合利用可能有助于降低石灰對土壤結(jié)構(gòu)的負(fù)面影響，更好的改善土壤生態(tài)環(huán)境[28]。值得注意的是，在本研究中，與GRF 相比添加石灰（GRFL）降低了紅泥田中g(shù)t;2 mm 粒徑團(tuán)聚體的含量，并提高了lt;0.053 mm 粒徑團(tuán)聚體的含量，從而降低了土壤團(tuán)聚體GMD 值，對紅泥田的物理結(jié)構(gòu)并沒有起到改善作用。這可能是由于兩種土壤的機(jī)械組成不同（表1），河砂泥田以砂粒和粉粒為主，質(zhì)地偏砂，施用石灰能有效降低土壤酸度，改善根系生長環(huán)境，在河砂泥田中更有利于增加土壤孔隙，改善土壤物理結(jié)構(gòu)。而紅泥田的粘粒含量較高，質(zhì)地偏黏重，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化較慢。此外，土壤礦物類型等因素也可能影響石灰施用的效果，石灰與有機(jī)物料對不同質(zhì)地土壤團(tuán)聚體組成的影響是一個較為復(fù)雜的過程，其內(nèi)在機(jī)制還有待深入研究。

3.2 石灰與有機(jī)物料對土壤團(tuán)聚體中碳、氮含量的影響

有機(jī)碳是土壤團(tuán)聚體的膠結(jié)劑，對團(tuán)聚體的形成具有重要作用[5， 29]。本研究中，紫云英和稻草聯(lián)合利用（GRF） 顯著提高了河砂泥田和紅泥田中土壤有機(jī)碳含量（表3），作為優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥源，紫云英和稻草還田后能直接提高土壤有機(jī)碳含量，提升土壤有機(jī)碳庫的固持能力[30]。同時，紫云英與稻草聯(lián)合利用顯著提高了紅泥田gt;0.25 mm 粒徑團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量及有機(jī)碳儲量（表4）。水稻土中的有機(jī)碳主要受gt;0.25 mm 粒徑大團(tuán)聚體的閉蓄態(tài)保護(hù)，有機(jī)物料翻壓還田提高了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，穩(wěn)定的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)能夠更有效地保護(hù)封存的有機(jī)碳[13]。與紫云英和稻草聯(lián)合利用（GRF） 相比，配施石灰（GRFL） 提高了河砂泥田各粒徑團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量，且以lt;0.053 mm粒徑團(tuán)聚體的提升效果最為顯著。施用石灰在短期內(nèi)能改善土壤結(jié)構(gòu)，但長期施用反而降低了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性和有機(jī)碳含量，有機(jī)碳含量降低的原因可能是為補(bǔ)償土壤pH 升高導(dǎo)致的額外碳礦化[31]，lt;0.053 mm 粒徑團(tuán)聚體中的有機(jī)碳以芳香族為主，具有更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)[32]。因此，在河砂泥田中，紫云英和稻草聯(lián)合利用并配施石灰能顯著提高有機(jī)碳含量及其穩(wěn)定性。與河砂泥田明顯不同的是，與GRF 相比添加石灰顯著降低了紅泥田中有機(jī)碳的總儲量，各粒徑團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量也有下降的趨勢，石灰的添加顯著降低了紅泥田中團(tuán)聚體R0.25 值，破壞了土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，從而降低了土壤對有機(jī)碳的固持作用。

前人研究結(jié)果表明，土壤全氮與有機(jī)碳含量呈顯著正相關(guān)[33]。本研究中，紫云英和稻草聯(lián)合利用（GRF） 顯著提高了河砂泥田和紅泥田中土壤全氮含量（表5）。作為豆科綠肥，紫云英具有較強(qiáng)的固氮能力，其翻壓后能釋放大量的氮素養(yǎng)分，但紫云英的C/N 較低，單獨(dú)種植翻壓紫云英可能會促進(jìn)土壤碳的礦化，不利于有機(jī)碳的積累[7]。因此，本試驗(yàn)中，將C/N 較高的稻草與紫云英聯(lián)合還田，從而協(xié)同提升土壤有機(jī)碳和全氮含量。添加石灰（GRFL） 提高了河砂泥田各粒徑土壤團(tuán)聚體中全氮含量，適宜量的石灰能緩解土壤酸化，提高微生物的活性，為微生物的生長繁殖創(chuàng)造了更有利的環(huán)境，從而促進(jìn)有機(jī)物料的腐解及有機(jī)氮的礦化，提高土壤固氮能力[34?35]。此外，土壤有機(jī)碳含量的增加也是導(dǎo)致全氮含量增加的重要因素[36]。與有機(jī)碳的變化趨勢相同，與GRF相比添加石灰顯著降低了紅泥田中氮的總儲量（表6），這可能是紅泥田中土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的改變降低了其對氮素養(yǎng)分的固持作用。

3.3 石灰和有機(jī)物料對雙季稻產(chǎn)量的影響

眾多研究表明，紫云英和稻草聯(lián)合利用能顯著提高水稻產(chǎn)量，在減施化肥的基礎(chǔ)上應(yīng)用該模式還有利于提升產(chǎn)量的可持續(xù)性[7，14，37]。本研究的兩種供試土壤中，石灰與有機(jī)物料聯(lián)合利用均顯著提高了雙季稻周年產(chǎn)量，但其增產(chǎn)效果主要體現(xiàn)在晚稻季，究其原因，可能與有機(jī)物料的養(yǎng)分釋放特征有關(guān)，早稻收獲后紫云英氮在土壤中的殘留顯著高于化肥氮的殘留，這說明紫云英在養(yǎng)分供應(yīng)中有較強(qiáng)的后效[38]。另一方面，早稻季低溫寡照，不利于有機(jī)物料的腐解；而晚稻季氣溫回升，秸稈中的氮素和磷素直接釋放，與水稻的需肥規(guī)律更為匹配[39]。且本課題組前期研究結(jié)果表明，長期的石灰與有機(jī)物料投入可以顯著提升早稻產(chǎn)量[16]，本研究中早稻季的產(chǎn)量普遍偏低也證實(shí)了當(dāng)季產(chǎn)量可能受氣候等其他因素的影響。線性擬合分析表明，雙季稻周年產(chǎn)量隨大團(tuán)聚體（gt;0.25 mm） 碳氮儲量的增加而提高，隨微團(tuán)聚體（0.053～0.25 mm） 碳氮儲量的增加而降低（圖2）。土壤大團(tuán)聚體中的微生物生物量和活性高于微團(tuán)聚體，且大團(tuán)聚體中存在更容易分解的有機(jī)質(zhì)[40]，與之相反，微團(tuán)聚體中的有機(jī)質(zhì)則更為穩(wěn)定，有機(jī)物料的投入改善了土壤結(jié)構(gòu)，增加了大團(tuán)聚體數(shù)量，更利于有機(jī)質(zhì)的礦化。Bu 等[14]利用隨機(jī)森林模型預(yù)測了大團(tuán)聚體氮儲量是影響作物產(chǎn)量的最重要因子，大團(tuán)聚體有機(jī)碳儲量次之，這也進(jìn)一步證實(shí)了增加大團(tuán)聚體碳氮儲量在提升作物產(chǎn)量方面的重要性。本研究中，與GRF 相比，雖然石灰、紫云英和稻草聯(lián)合利用降低了紅泥田土壤大團(tuán)聚體碳氮的儲量，但其水稻產(chǎn)量仍能維持在較高水平，可見除土壤碳、氮儲量以外，水稻產(chǎn)量還受到其他多方面因素的綜合影響。

4 結(jié)論

紫云英與稻草聯(lián)合利用能夠顯著提高水稻產(chǎn)量，促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體形成并改善土壤結(jié)構(gòu)，添加石灰能進(jìn)一步提高水稻產(chǎn)量，但對土壤結(jié)構(gòu)及不同粒徑團(tuán)聚體碳氮儲量的影響因土壤質(zhì)地而異。與紫云英、稻草聯(lián)合利用相比，紫云英、稻草和石灰聯(lián)合利用進(jìn)一步提高了河砂泥田土壤大團(tuán)聚體含量，提高了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，增強(qiáng)其對養(yǎng)分的保護(hù)作用，從而提高大團(tuán)聚體中的碳、氮儲量；而降低了紅泥田土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及大團(tuán)聚體中碳、氮儲量，紅泥田土壤質(zhì)地偏黏重，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化較慢，石灰的改良效果不明顯。水稻產(chǎn)量與大團(tuán)聚體中有機(jī)碳儲量呈顯著正相關(guān)，與微團(tuán)聚體（lt;0.25 mm） 中碳氮儲量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。