2023, Vol. 60
2. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 北京 100081
2. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
水稻是我国三大粮食作物之一，且水稻高产的获得需要化学肥料的投入。但是长期单一化肥的施用导致了稻田土壤理化性质变差，影响水稻的平衡生长与稻米品质，不利于稻田的可持续利用，也会带来一系列的环境问题[1]。绿肥是我国传统农业的精华，它不仅是清洁的有机肥源，而且在有效提高土壤肥力，改善土壤质量，实现资源高效利用等方面发挥着重要作用，是生态农业的重要组成部分[2]。而紫云英作为豆科固氮绿肥，是我国南方稻区重要的冬季绿肥作物。冬季利用冬闲田种植绿肥，在第二年4—5月份进行翻压还田，可以充分利用土地、光、热等自然资源，避免长期稻-稻-冬闲种植方式造成的土壤板结、土壤肥力下降等问题[3]。紫云英翻压还田可以为后茬作物生长提供必要的N、P、K等营养元素，增加土壤矿质养分，进而提高水稻产量；同时还能够改善土壤理化性质，提高土壤肥力、土壤酶和相关微生物活性，调控土壤微生物和碳氮转化，提高表层土壤有机碳氮的积累[4-7]。
土壤团聚体是组成土壤的基础和养分的主要载体，是肥沃土壤的主要标志，其粒级大小及其分布比例是调控土壤水肥供应与养分存储的重要物质基础[8-9]。长期有机物料的投入还田不仅可以提高土壤微生物活性，改变稻田土壤团聚体的数量大小及其所含养分元素的分布，还可以提高稻田土壤团聚体中有机、无机胶结物质对土壤胶结的能力，提高团聚体稳定性[10]。
紫云英作为绿色清洁的有机肥源，其翻压还田在改善土壤团聚体的结构组成及其养分含量方面也具有明显的优势[7，9，11]。研究表明紫云英还田可促进稻田土壤团聚体的形成发育，促进大团聚体的形成，增加土壤团聚体平均重量直径和几何平均直径[7，12]。化肥配施紫云英时，紫云英还田增加了 > 2 mm和0.25~2 mm以及0.25~0.053 mm和0.5~0.25 mm粒级团聚体内有机碳含量，有利于良好土壤结构的形成[7，9-11]。紫云英翻压还田进入土壤后，其分解产物如羧酸、醇类、苯酚、多糖以及胺类物质等，与土壤矿物进行胶结、凝聚形成微团聚体，并在菌丝或根系作用下形成大团聚体，促进土壤有机碳的物理保护作用，并提升土壤团聚体的稳定性[13-14]。目前对于长期多年连续添加不等量紫云英翻压还田对双季稻稻田土壤不同粒级团聚体中碳氮的影响以及对重要官能团的变化研究较少，本文依托定位试验，通过分析连续12年紫云英翻压还田下稻田土壤不同粒级团聚体中碳氮含量、碳氮储量以及结合红外光谱，探究了连续多年紫云英翻压还田对土壤团聚体中碳氮分布以及相关主要官能团组成的影响。
1 材料与方法 1.1 试验区概况定位试验始于2008年9月，试验地点为安徽省桐城市。该地区为暖温带大陆性季风气候，年平均气温16.0℃，年平均降水量1 250 mm，年平均日照时数1 903 h，年平均无霜期246 d。试验田土壤为河流冲积物发育的水稻土，质地为砂壤土。轮作体系为紫云英-早稻-晚稻，紫云英品种为弋江籽。供试土壤初始理化性质为有机质27.09 g·kg–1，全氮1.72 g·kg–1，碱解氮135.0 mg·kg–1，有效磷8.87 mg·kg–1，速效钾79.49 mg·kg–1，C/N比9.14，pH 5.52。
1.2 试验设计本研究设置6个处理，早稻试验处理方案如下：（1）不施化肥，紫云英不翻压（CK）；（2）单施化肥，紫云英不翻压（GM0）；（3）施入化肥，紫云英翻压还田量7 500 kg·hm–2（GM1）；（4）施入化肥，紫云英翻压还田量15 000 kg·hm–2（GM2）；（5）施入化肥，紫云英翻压还田量22 500 kg·hm–2（GM3）；（6）施入化肥，紫云英翻压还田量30 000 kg·hm–2（GM4）。早稻化肥用量N-P2O5-K2O =105-52.5-63 kg·hm–2。紫云英于早稻移栽前10~15 d翻压入田，浅水浸沤。晚稻各处理除对照（CK）不施肥外，其余均施等量化肥，N-P2O5-K2O=180-75-120 kg·hm–2。磷钾肥全部基施，氮肥按基肥：分蘖肥：穗肥=50%：30%：20%施用。小区面积20 m2，4次重复，随机区组排列。小区埂宽30 cm，高20 cm，用薄膜覆盖，防止小区间串水串肥。每个小区在排灌小沟一段设灌排口。除草方法为人工除草，其他管理方式均一致。
1.3 样品采集与分析（1）土壤样品采集与预处理。2020年晚稻收获后在每个小区采用五点取样法采集0~20 cm土壤样品，混匀后带回实验室。手工拣去植物残体、砾石等，沿土壤自然裂缝掰开，风干。随后挑去细根和石块，进行土壤团聚体提取与测定。土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾和pH的测定均按照鲍士旦[15]方法进行。
（2）土壤团聚体筛分及有机碳、全氮含量的测定。取风干土壤样品通过孔径为2、0.25、0.053 mm的套筛，分别称量计算出各级干筛团聚体占土壤总质量的百分率，并按干筛比例配成50 g的风干土样。然后根据薛斌等[16]的土壤团聚体湿筛法测定团聚体组成：将土样放置于自上而下为2、0.25、0.053 mm的套筛上，先放入水桶中浸泡10 min，然后在土壤团聚体分析仪上以每分钟30次的速度筛分10 min（振幅4 cm）。湿筛结束后将留在各级筛孔上的团聚体洗入烧杯中，进行冷冻干燥。干燥后称重，依次得到超大团聚体（> 2 mm）、大团聚体（2~0.25 mm）、微团聚体（0.25~0.053 mm）和粉黏粒（< 0.053 mm）。各级团聚体研磨过100目筛后采用常规农化分析方法测定有机碳和全氮含量[15]。
（3）红外光谱的采集。土壤不同粒级团聚体颗粒的红外光谱测定采用傅里叶红外光谱仪（Thermo Scientific Nicolet iS5）溴化钾压片法测定。称取冷冻干燥的土壤团聚体样品2 mg，纯KBr 200 mg放入玛瑙研钵中充分研磨均匀，置于模具中压成透明薄片，将样品放入红外光谱仪中测试，波数范围4000~400 cm–1，扫描次数32，分辨率4 cm–1，空气作为背景，扫描时自动扣除背景光谱。
1.4 数据计算与处理有机碳储量的计算方法按照Eynard等[17]方法进行：
| $ {\text{OCS}} = \sum\limits_{i = 1}^4 {\left( {{M_i} \times {C_{{\text{org}}\;i}}} \right)} \times {B_{\text{d}}} \times H \times 10 $ |
式中，Mi为不同粒级团聚体的百分比（%）；Corg i为不同粒级团聚体中有机碳的含量（g·kg–1）；Bd为土壤容重（g·cm–3）；H为土层厚度（20 cm）。氮储量的计算同样也按照此公式进行。
有机碳（氮）百分比=该粒级团聚体中有机碳（氮）储量÷有机碳（氮）总储量×100
采用Excel 2007软件进行数据处理，SPSS 20.0软件进行统计分析，利用Duncan法在P＜0.05水平进行差异显著性检验；使用OPUS 7.5软件对红外光谱图进行分析，统一采用Origin 8.5软件绘图。
2 结果 2.1 紫云英翻压还田对稻田土壤团聚体组成的影响稻田土壤团聚体组成结果显示（图 1），该土壤主要以 > 2 mm粒级团聚体为主，占比达到61.12%~68.53%；其次为2~0.25 mm，占比为26.59%~31.96%；0.25~0.053 mm和 < 0.053 mm粒级仅占4.23%~11.48%。与紫云英不翻压处理相比（GM0），紫云英翻压还田处理（GM1-4）显著提高了 > 2 mm粒级团聚体百分占比（5.93%~9.91%，P < 0.05）；GM1-4处理中 > 0.25 mm粒级团聚体百分占比也高于GM0处理（4.02%~5.95%）。GM1-4处理0.25~0.053 mm和 < 0.053 mm粒级的团聚体含量百分比则相应低于GM0处理。对比GM1-4处理，在同一粒级中各个处理之间差异不显著。
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注：CK：对照，不施化肥，紫云英不翻压；GM0：单施化肥，紫云英不翻压；GM1：施入化肥，紫云英翻压量7 500 kg·hm–2；GM2：施入化肥，紫云英翻压量15 00 kg·hm–2；GM3：施入化肥，紫云英翻压量22 500 kg·hm–2；GM4：施入化肥，紫云英翻压量30 000 kg·hm–2。图中柱状图上的误差线为标准误，不同小写字母代表同一粒级不同处理之间在P < 0.05水平上差异显著。下同。 Note: CK: the control, with no fertilizers and no Chinese milk vetch; GM0:with chemical fertilizers only; GM1:with 7 500 kg·hm–2 Chinese milk vetch; GM2:with 15 000 kg·hm–2 Chinese milk vetch; GM3:with 22 500 kg·hm–2 Chinese milk vetch; GM4:with 30 000 kg·hm–2 Chinese milk vetch. Vertical T bars in the histogram indicate SE, different letters in the same color indicate significant differences among different treatments in the same soil aggregate size at 0.05 level. The same below. 图 1 连续多年紫云英翻压还田下稻田土壤团聚体的组分 Fig. 1 The soil aggregate fractions with the application of Chinese milk vetch |
不同紫云英翻压量下各粒级团聚体中有机碳含量见表 1。对比不同粒级土壤有机碳含量，在CK处理中粒级 > 0.053 mm有机碳含量高于其他3个粒级；单施化肥处理（GM0）粒级 > 2 mm和 < 0.053 mm有机碳含量显著高于0.25~0.053 mm（P < 0.05）；化肥配施紫云英处理（GM1-4）均表现为 > 2 mm粒级团聚体中有机碳含量最高，其中GM4中 > 2 mm粒级团聚体中有机碳显著高于其他3个处理（P < 0.05）。与单施化肥处理（GM0）相比，GM1-4处理中 > 2 mm、2~0.25 mm和0.25~0.053 mm有机碳含量分别提高了15.70%~39.79%、18.55%~31.86%和16.42%~60.32%。对比GM1-4各个处理，4个粒级团聚体中有机碳含量在GM1-4处理之间均差异不显著。但在GM1-4中，> 2 mm和0.25~0.053 mm有机碳含量分别随着紫云英翻压量的增加而增加，与紫云英翻压量之间呈现出显著正相关关系。
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表 1 连续多年紫云英翻压还田对稻田土壤团聚体中有机碳含量的影响 Table 1 The organic carbon in soil aggregates with the application of Chinese milk vetch/(g·kg–1) |
不同紫云英翻压量下各粒级团聚体中全氮含量见表 2。GM1-4中4个粒级之间的全氮含量，从高到低依次为（> 2 mm） > （2~0.25 mm） > （0.25~0.053 mm） > （< 0.053 mm）。与GM0处理相比，GM1-4处理中 > 2 mm、2~0.25 mm和0.25~0.053 mm粒级团聚体全氮含量分别提升23.08%~49.23%、12.06%~18.44%和19.77%~52.33%，并达到显著性差异（P < 0.05）。在GM1-4处理间，各个粒级的全氮含量整体上随着紫云英翻压量的增加而增加，在GM4时达到最高，其中 > 2 mm粒级团聚体中全氮含量均与紫云英翻压量之间呈现出显著正相关关系。
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表 2 连续多年紫云英翻压还田对稻田土壤团聚体中全氮含量的影响 Table 2 The total nitrogen in soil aggregates with the application of Chinese milk vetch/(g·kg–1) |
不同紫云英翻压量下各粒级团聚体中有机碳储量见表 3。有机碳主要储存在 > 2 mm粒级团聚体内，而在 < 0.053 mm粒级团聚体内的有机碳储量最低。与GM0处理相比，GM1-4处理中 > 2 mm和2~0.25 mm粒级团聚体有机碳储量分别提高了26.29%~52.25%和13.62%~32.69%，均达到显著性差异（P < 0.05）；在粒级0.25~0.053 mm和 < 0.053 mm中GM1-4处理有机碳储量则显著低于GM0处理（P < 0.05），分别降低了19.28%~32.33%和28.51%~56.33%。同时GM1-4处理的有机碳总储量也显著高于GM0处理19.42%~37.09%（P < 0.05）。在不同量紫云英处理中，随着紫云英翻压量的增加，粒级 > 2 mm有机碳储量逐渐增加，GM4时达到最高；粒级 < 0.053 mm有机碳储量则逐渐降低。
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表 3 连续多年紫云英翻压还田对稻田土壤团聚体有机碳储量的影响 Table 3 The organic carbon storage in soil aggregates with the application of Chinese milk vetch/(g·cm–2) |
不同紫云英翻压量下各粒级团聚体中氮储量见表 4。在 > 0.25 mm粒级团聚体中氮储量最高，而 < 0.053 mm粒级团聚体中氮储量最低。与GM0处理相比，GM1-4处理中 > 2 mm粒级团聚体氮储量增加33.40%~62.36%，而 < 0.053 mm粒级团聚体中氮储量显著降低21.29%~46.04%（P < 0.05），GM1-4处理的氮总储量则较GM0显著增加22.31%~40.13%（P < 0.05）。在GM1-4处理之间，各个粒级氮储量的差异主要集中在 > 2 mm团聚体中，且在该粒级中氮储量随着紫云英翻压量的增加而增加，GM4处理的氮总储量最高。由此看出氮储量主要集中在 > 0.25 mm粒级团聚体中，且连续多年紫云英翻压还田显著提升 > 2 mm粒级中氮储量以及氮总储量。
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表 4 连续多年紫云英翻压还田对稻田土壤团聚体氮储量的影响 Table 4 The nitrogen storage in soil aggregates with the application of Chinese milk vetch/(g·cm–2) |
不同紫云英翻压量下各粒级团聚体中有机碳储量所占百分比见图 2a）。不同粒级团聚体有机碳储量所占百分比顺序依次为（> 2 mm） > （2~0.25 mm） > （0.25~0.053 mm） > （0.053 mm）。与GM0相比，GM1-4处理 > 2 mm粒级有机碳储量百分比显著提高（P < 0.05），而0.25~0.053 mm和 < 0.053 mm粒级团聚体中有机碳储量占比则显著降低（P < 0.05）。对比GM1-4，> 2 mm粒级团聚体的有机碳储量占比随着紫云英翻压量增加呈增加趋势，GM4处理的有机碳储量占比最高。
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图 2 连续多年紫云英翻压还田对稻田土壤团聚体有机碳储量a）和全氮储量b）百分占比 Fig. 2 The storage percent of the organic carbon a)and nitrogen b)in soil aggregates with the application of Chinese milk vetch |
不同紫云英翻压量下各粒级团聚体中氮储量所占百分比见图 2b）。在各个粒级团聚体中，> 2 mm粒级团聚体中氮储量所占百分比最高，均在58.00%以上，GM4中百分含量达到73.41%；< 0.053 mm粒级团聚体的氮储量所占百分比最低。与GM0处理相比，GM1-4处理中 > 2 mm粒级团聚体氮储量所占百分比显著提高8.80%~17.13%（P < 0.05）；而2~0.25 mm、0.25~0.053 mm和 < 0.053 mm的粒级团聚体氮储量所占百分比分别降低10.41%~24.87%、33.13%~44.89%和35.72%~57.58%。GM1-4处理 > 2 mm粒级团聚体中氮储量的百分比随着紫云英翻压量的增加而提高；在2-0.25 mm和 < 0.053 mm粒级团聚体中全氮储量所占百分比有所降低。由此可见，土壤氮储量主要存在于 > 2 mm粒级团聚体中，超大团聚体（> 2 mm）的氮储量对氮总储量的贡献最大；紫云英翻压还田有利于提高 > 2 mm粒级团聚体氮储量的百分比，降低 < 0.25 mm粒级团聚体中氮储量的百分比。
2.3 连续多年紫云英翻压还田下稻田土壤团聚体中C/N比的影响连续多年紫云英翻压还田下稻田土壤团聚体的C/N值见表 5。与GM0处理相比，紫云英翻压还田提高了2~0.25 mm和0.25~0.053 mm粒级团聚体中C/N值，且随着紫云英翻压量增加而增加；同时降低了 < 0.053 mm团聚体中C/N值，该比值随着紫云英翻压量的增加而减小。
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表 5 连续多年紫云英翻压还田下稻田土壤团聚体中C/N值 Table 5 The C/N ratios in soil aggregates with the application of Chinese milk vetch |
从图 3可以看出各处理土壤不同粒级团聚体红外光谱谱图相近，但主要吸收峰的吸收强度在不同处理间和不同粒级团聚体中存在差异。> 2 mm、2~0.25 mm、0.25~0.053 mm和 < 0.053 mm粒级团聚体的光谱图中均在3 698~3 700 cm–1和3 622~3 626 cm–1、3 430~3 392 cm–1以及2 920~2 940 cm–1出现特征吸收峰，其中3 698~3 700cm–1和3 622~3 626 cm–1呈现出尖锐的吸收峰，为游离的羟基（酚羟基、醇羟基-O-H）的振动吸收峰。在3 430~3 392 cm–1吸收峰可能由酰胺基中N-H作用引起，有浓度较高的N-H存在时吸收峰会出现蓝移。2 920~2 940 cm–1为不对称脂族C-H伸缩振动峰；~2 875 cm–1为对称脂族C-H伸缩振动峰[18-19]。在2 100~800 cm–1处的主要吸收峰的峰位及其归属分别为：~1 720 cm–1为羧酸基C=O伸缩振动峰，1 628~1 635cm–1为芳香族C=C伸缩振动，也可能是醌、酮类化合物羰基（C=O）的伸缩振动，亦或氢键结合共轭酮的C=O振动；1 085~1 091 cm–1归属于多糖的C-O伸缩振动；1 033~1 035 cm–1为多糖或类多糖物质的C-O伸缩与硅氧化合物的Si-O伸缩振动；1 009~1 012 cm–1为碳水化合物吸收峰；917 cm–1为3 622 cm–1对应的变形振动频率[16，18]。将峰位在2 850 cm–1和2 940 cm–1的相对强度进行加和，使其代表脂肪族C-H；并用1 720/2 850+2 940和1 630/2 850+2 940特征比值分别代表腐殖质分子的羧酸碳/脂肪链烃碳和芳香族碳/脂肪链烃碳的比值，反映腐殖质腐殖化程度，其中1 630/2 850+2 940比值越高说明稳定性组分有机碳含量越高，反之活性组分有机碳含量越高。
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图 3 连续多年紫云英翻压还田下稻田土壤各个粒级团聚体的红外光谱图 Fig. 3 The FTIR spectrum of soil aggregates with the application of Chinese milk vetch |
在~3 626 cm–1吸收峰处，GM0处理中 > 2 mm和2~0.25 mm粒级团聚体在此处的峰相对强度均高于GM1-4处理；在0.25~0.053 mm和 < 0.053 mm中，GM1-4处理在此处的峰相对强度高于GM0处理，紫云英翻压还田增加了0.25~0.053 mm和 < 0.053 mm团聚体中-OH键和氢键。
在2 875 cm–1处，各个粒级团聚体中GM1-4处理均高于GM0，这表明紫云英翻压下脂肪族有机碳高于单施化肥处理；在不同粒级团聚体中，> 2 mm粒级团聚体中相对峰强度均高于其他3个粒级。在1 630 cm–1处，4个粒级团聚体中GM1-4处理的相对峰强度均明显高于GM0处理，这表明紫云英翻压条件下提高土壤团聚体中芳香族有机碳的储存；此外，CK处理中此处的相对峰强度在四个团聚体粒级中均高于GM0处理，这也反映在没有持续化肥和大量有机物料投入下，土壤团聚体中有机碳更倾向于以稳定芳香族碳存在。
对比各个粒级1 630/2 850+2 940相对强度比值，GM1-4处理的相对比值均高于单施化肥处理（GM0），分别提高12.58%~63.73%、22.04%~69.09%、1.48%~20.41%和54.41%~99.69%。对比GM1-4处理之间，> 2 mm粒级团聚体1 630/2 850+2 940相对强度比值低于其他3个粒级团聚体，这也反映出在 > 2 mm粒级团聚体中具有相对较多的脂肪族碳存在。在 < 2 mm粒级团聚体中1 630/2 850+2 940相对强度比值均大于1，表明在这3个粒级团聚体中芳香族碳含量要高于脂肪族碳含量。此外，在 > 2 mm和2~0.25 mm粒级团聚体中，1 630/2 850+2 940相对强度比值与紫云英翻压量之间均呈现出显著线性相关关系（P < 0.05*，R2 > 0.945；P < 0.05*，R2 > 0.918），表明紫云英翻压量的增加，提高了芳香族有机碳含量相对比值，增加团聚体中稳定性组分有机碳含量。
对于1 720/2 850+2 940相对强度比值，随着团聚体粒级的降低，GM1-4处理此处的比值呈现出逐渐增加的趋势，在 < 0.053 mm粒级团聚体最高，粒级越小越有利于羧酸态有机碳的储存。与GM0相比，在 > 2 mm粒级团聚体中，GM1-4处理均有所降低；< 2 mm粒级团聚体中，GM3和GM4处理均显著高于GM0，这表明紫云英翻压量的增加有利于 < 2 mm粒级团聚体中羧酸态有机碳的存在。
在所有团聚体粒级中，6种处理均在~3 430 cm–1附近出现比较宽的吸收峰，此处的吸收峰主要因酰胺基中N-H作用引起，有浓度较高的N-H存在时吸收峰会出现蓝移。计算其相对吸收强度，在各个粒级团聚体中，GM1-4处理均高于GM0处理，分别提高了1.19%~5.83%、6.74%~37.79%、23.62%~52.92%和11.55%~40.50%，特别是GM3和GM4。且在各个粒级中，此处的吸收峰随着紫云英翻压量的增加出现明显的蓝移现象，因此紫云英翻压还田有利于增加团聚体中酰胺类含氮物质，且在紫云英翻压量为22 500 kg·hm–2和30 000 kg·hm–2时达到最高。
3 讨论 3.1 紫云英翻压还田对土壤团聚体中有机碳含量以及红外光谱的影响土壤有机碳是土壤质量和农业可持续性的主要因素[20-21]。在本试验中紫云英翻压还田显著增加 > 0.25 mm团聚体中有机碳含量以及有机碳储量；且有机碳含量随着紫云英翻压量的增加而增加。这说明 > 0.25 mm团聚体对土壤有机碳的转化形成具有重要的作用，紫云英翻压后 > 0.25 mm团聚体对有机碳具有明显的富集和物理保护作用，是对碳保护的最主要场所。一方面紫云英翻压还田增加了土壤有机碳源，激发了相关微生物活性，产生更多的胶结物质，促使土壤颗粒的胶结与团聚；另一方面紫云英体内含有较多的碱性物质和盐类，这类物质可以降低土壤颗粒之间的静电斥力，促进土壤颗粒的絮凝和胶结 [19，22-23]。
紫云英翻压还田在增加 > 0.25 mm团聚体中有机碳含量和储量的同时，同时提高了 > 2 mm团聚体中有机碳储量占比，降低了 < 0.053 mm团聚体中有机碳储量占比，这进一步证明了翻压紫云英还田增强了大团聚体对有机碳的物理保护，这与宋佳等[14]的研究结果相似。用Elliott[24]的模型认为，大团聚体是由小团聚体通过含碳量高的非稳性胶结剂（如真菌菌丝、根系、微生物和植物源的多糖）胶结而成的，因此大团聚体较小团聚体含有更多的有机碳。而土壤胶结剂主要来源于土壤有机物的降解，紫云英作为重要有机物，其分解形成的芳香族碳、羧基碳、羰基碳以及酰胺态氮、DON（酚类醇类芳香族类化合物）等化合物优先吸附包被在土壤黏粒表面，经过土壤胶结-絮凝后被微团聚体包被。紫云英还田还能提高土壤有机碳和氮类化合物的氧化度和有机分子结构的复杂度，提升土壤有机碳的稳定性，反过来促进大团聚体的形成和稳定[14，25-26]。并且紫云英翻压还田为水稻生长提供了丰富的营养物质，促进水稻根系生长，水稻根系分泌物和土壤周围的有机胶结物质增加，进一步提高了大团聚体内碳氮含量[27]。
研究认为紫云英翻压还田可以显著增加土壤中羧酸、醇类、苯酚、多糖等物质，还能提高了土壤中脂肪族碳、芳香族碳和碳水化合物含量，提高土壤DOM中的芳香度和分子量，提升了土壤有机质官能团丰度及其稳定性[13-14，28]。在本试验中紫云英翻压还田提高了土壤团聚体中芳香族和羧酸类等稳定性有机碳的含量，并促进了 > 2 mm团聚体中的活性有机碳（脂肪族有机碳）的积累。农田土壤微生物分解过程会选择保留惰性组分，提高芳构化程度[29]，在紫云英腐解后产生的惰性有机碳如芳香族、羧基碳、羰基碳等化合物优先吸附在土壤颗粒上，经土壤胶结-凝聚后被微团聚体包蔽，提高土壤有机碳的氧化度和有机分子结构的复杂度，提升土壤有机碳的稳定性。在本试验中，配施紫云英翻压还田的较小粒级（< 0.053 mm）团聚体具有较高1 720/2 850+2 940比值和1 630/2 850+2 940比值，此时在 < 0.053 mm粒级团聚体中有机碳主要以芳香族和羧酸类为主，特别是芳香族有机碳具有更稳定的结构。研究认为微团聚体内有机碳的降解过程耗能较大，且微团聚体受到物理保护作用较大，通常小粒径团聚体中的有机质一般维持在较为稳定的水平，是有机质固定的长期和稳定的场所，其中的有机质以更为稳定的形态存在[30-31]，因此紫云英作为有机物料还田有利于有机碳在土壤中长期储存。
3.2 紫云英翻压还田对土壤团聚体中全氮含量以及红外光谱的影响紫云英作为固氮的植物，自身具有含氮物质，其中酸解氨基酸82.35 mg∙kg–1、蛋白质193.4 g∙kg–1，其腐解还田后形成大量小分子含氮有机物质（氨基酸类、酰胺类），含有丰富的N-H官能团[13，32]。在本试验中紫云英翻压还田显著增加了各个粒级团聚体中的全氮含量，且随着紫云英翻压量的增加而增加，这与其在~3 430 cm–1相对峰强度的结果基本一致。紫云英翻压还田处理的红外光谱在~3 430 cm–1具有比较宽的吸收峰，其相对强度比值也显著高于单施化肥处理，且随着紫云英翻压量的增加此处的峰位出现蓝移现象。此处的峰位属于胺类、酰胺类含氮物质（~3 430 cm–1）中N-H伸缩振动峰。这类含氮化合物等通过吸附、包被以及分子键合等作用存在于各个粒级团聚体中，促进各个粒级团聚体中氮素积累。
与紫云英翻压还田对有机碳影响不同的是，紫云英翻压还田还增加了 < 0.053 mm粒级团聚体中氮的含量。一方面紫云英在翻压还田后其自身分解形成大量小分子含氮有机物质（氨基酸类、酰胺类）以及大分子蛋白质类物质，这些氮类物质被土壤微生物所吸收利用，易转化为土壤微生物生物氮，分解之后被各粒级土壤团聚体所吸附固持[27，33-34]。另一方面 < 0.053 mm粒级的团聚体，其粒径较小，比表面积大，对养分的吸附固定能力更强，对氮素也具有更好的保护能力，进而提高氮素在 < 0.053 mm粒级团聚体中的含量。
紫云英翻压还田促进氮素向大团聚体中聚集，提高 > 2 mm粒级团聚体中氮储量的占比，降低 < 0.25 mm氮储量的百分比。团聚体形成所需有机胶结物质的转化合成均需微生物参与，团聚体储存有机碳的过程中也会吸持一定氮素，因此氮素在大团聚体中积累，其作用机制与有机碳基本一致。在本试验中土壤团聚体中氮含量随着粒径减小而呈现下降的趋势，0.25 mm粒级是一个转折点，这可能是由于 > 0.25 mm粒级团聚体能够较好地调节土壤通气与持水、养分释放与保持之间的矛盾，进入土壤的紫云英以及土壤微生物生命活动过程代谢物等有机物质经过腐殖化、半腐殖化或直接与土壤小粒径团聚体结合，然后在团聚体逐级团聚过程中贮存在大团聚体中[35]，因此表现出 < 0.25 mm粒级的处理中含氮量相对较低。
3.3 紫云英翻压还田与秸秆还田对土壤团聚体碳氮影响的差异在目前农业生产中，以紫云英为代表的绿肥翻压还田和秸秆还田均为农田重要的有机培肥措施，二者长期还田在改善土壤结构、提高土壤肥力和养分，实现作物高产稳产等方面具有明显的优势[14]。
在本试验中，紫云英翻压还田增加土壤 > 0.25 mm粒级团聚体组分，增加其有机碳含量以及有机碳储量，提高土壤团聚体中芳香族和羧酸类等稳定性有机碳的含量以及 > 2 mm团聚体中的活性有机碳（脂肪族有机碳）的积累，这与普通秸秆还田对土壤团聚体结构组成以及有机碳的影响基本一致[16，36-37]。紫云英和作物秸秆均为有机物料，均具有较高的含碳量，紫云英含碳量为460 g∙kg–1（烘干基），作物秸秆，如水稻、玉米、小麦其碳含量大约在399~444 g∙kg–1之间，二者的含碳量相差不大[22]；紫云英还田后土壤有机碳的结构也基本与秸秆还田时一致[13，16]，因此二者还田对土壤团聚体组成以及有机碳含量、储量的影响基本一致[14]。以作物秸秆、紫云英等有机物料还田腐解后产生的有机胶结物质对土壤团聚体的形成具有一定的促进作用，加强土粒间的黏结力，有助于提高土壤中 > 2 mm粒级团聚体的含量和稳定性，改善土壤团聚体结构，从而对土壤团聚体产生保护，这种保护机制与土壤有机碳的固定效应间存在密切关系，而植物残体还田是农田土壤有机碳物质的主要来源[37]。然而对于二者之间对团聚体中有机碳的深层次差异还需进一步深入研究。
与同样作为原位还田的秸秆还田相比，紫云英翻压还田还具有自身明显的特征，主要集中在氮素营养。在投入质量（干基）相当的情况下，配施紫云英翻压还田 > 2 mm和2~0.25 mm粒级团聚体中氮含量分别提高了49.23%和15.60%（表 3），而玉米秸秆还田时团聚体中 > 2 mm的氮含量下降了6.2%，对2~0.25 mm的氮含量几乎没有影响[27]。除去土壤自身和气候条件差异的影响，还与二者的含氮量有关。紫云英作为豆科绿肥，具有较高的含氮量（34.40 g∙kg–1，烘干基）；水稻、玉米、小麦的氮含量在6.50~9.10 g∙kg–1之间（烘干基），紫云英含氮量较秸秆（水稻、小麦、玉米）体内的含氮高出3.8倍~5.3倍 [22]，如此大的含氮量差异，使秸秆与紫云英各自还田时也必然会对土壤氮素循环产生较大差异。因此与作物秸秆相比，紫云英翻压还田不仅可以改善土壤团聚体的组分，提高有机碳含量和碳储量，还可以向土壤提供大量的氮素，提高土壤团聚体中氮素含量和氮储量，这也是紫云英与普通作物秸秆还田相比最大的特点和优势。
4 结论（1）稻田耕层土壤团聚体以粒级 > 2 mm团聚体为主，紫云英翻压还田增加了 > 2 mm粒级团聚体百分比。（2） > 0.053 mm粒级团聚体有机碳含量和 > 2 mm粒级团聚体中碳储量随着紫云英翻压量的增加而增加，紫云英翻压还田有利于有机碳优先分布在 > 2 mm粒级团聚体。紫云英翻压还田主要增加土壤各粒级团聚体中脂肪族有机碳、羧酸态和芳香族有机碳含量，提高各团聚体中芳香族碳/脂肪族碳和羧酸碳/脂肪族碳相对比值，提高有机碳稳定性。（3） > 2 mm粒级团聚体中的全氮含量和全氮储量最高；紫云英翻压还田提高了各个粒级团聚体中氮含量，> 2 mm粒级团聚体中氮含量随着紫云英翻压量的增加而增加。紫云英翻压还田增加的团聚体中的氮主要以增加土壤团聚体中胺类、酰胺态氮（N-H）为主，在紫云英翻压量为30 000 kg∙hm–2时达到最高。综上紫云英翻压还田不仅有利于改善双季稻土壤团聚体结构，提高有机碳的稳定性，还在提高氮素在稻田土壤团聚体中的含量方面具有明显的优势，能进一步提升稻田土壤肥力。
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