2023, Vol. 60
2. 湖南省土壤肥料研究所, 农业农村部湖南耕地保育科学观测实验站, 长沙 410125
2. Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation (Hunan), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Soil and Fertilizer Institute of Hunan Province, Changsha 410125, China
近年来，随着农业集约化程度不断提高，长期不合理的耕作施肥方式导致土壤退化问题日益严重，其显著特征表现在土壤团聚体粒级组成的变化及其稳定性的下降[1]。土壤团聚体是土壤的重要组成部分、土壤结构的基本单元，是土壤肥力的基础，土壤团聚体的稳定性很大程度上决定了土壤结构的好坏[2-3]。土壤中的胶结物质是土壤中最活跃的部分，也是土壤团聚体形成的基础和核心[4]。在我国南方高温多雨的气候环境，土壤铁氧化物含量十分丰富[5]，大多数黏粒级（< 2 μm）颗粒能被赤铁矿和针铁矿混合团聚成5~300 μm粒级[6]，从而提高团聚体的稳定性。相比之下，非晶质铁具有更大的比表面积和化学活性，对团聚体形成和稳定的贡献较晶质铁（针铁矿、赤铁矿）更大[6]。作为团聚体的重要胶结物质之一，铁氧化物在土壤中的类型、含量以及分布等直接影响着土壤团聚体的形成与稳定[7]。因此，研究土壤团聚体及其黏粒中铁氧化物的特点对探索土壤结构稳定性机制具有重要意义。
紫云英是我国南方主要种植和利用的绿肥作物，种植翻压紫云英能增加土壤有机质含量、改善土壤结构及提高土壤肥力[8-9]。有研究发现，紫云英还田可显著增加 > 250 μm水稳性团聚体含量，并显著增加团聚体的平均重量直径（Mean weight diameter，MWD）、几何平均直径（Geometric mean diameter，GMD）[10]。紫云英在影响团聚体分布的同时，还会影响土壤团聚体中铁氧化物的形态和分布。研究发现，在不同施肥处理中，紫云英与化肥配施处理显著提高了各粒级团聚体的非晶质铁含量，增幅为15.5%~22.3%，而降低了游离铁的含量，降幅为1.0%~7.5%[11]。湖南省长期紫云英-双季稻轮作的水稻土，与单施紫云英相比，紫云英配施80%化肥后各粒级团聚体的游离铁含量均有所降低，降幅为1.4%~8.0%，而非晶质铁含量显著增加，增幅为18.5%~49.4%[12]。
铁氧化物在水稻土中的迁移和转化主要受水耕成土因素的影响[13]，在土壤团聚体中，各形态铁氧化物均表现出明显向黏粒富集的现象[14]。而黏粒对团聚体的影响主要取决于其黏土矿物的组成，黏粒中带正电荷的铁氧化物能够与带负电荷的黏土矿物结合形成稳定的团聚体[15]。有研究发现，高寒草地区土壤黏粒中游离态铁氧化物对团聚体的胶结能力更强，有助于团聚体的稳定性[16]。对红壤团聚体的研究也表明，MWD与黏粒中游离态铁氧化物存在极显著正相关关系，而与非晶质铁氧化物的相关性较弱[17]。
紫云英还田能给土壤带来大量的有机物料，促进土壤团聚体的形成，并且水稻土频繁的干湿交替环境也会影响铁氧化物的形态[18]。目前，关于紫云英还田对土壤中铁氧化物的研究已多有报道，但关于紫云英还田与化肥配施下，铁氧化物在土壤团聚体及其黏粒中的转化规律，以及团聚体中黏粒的铁氧化物与团聚体稳定性的关系尚不清楚。因此，本文以湖南省南县长期紫云英还田与不同量化肥配施的水稻土为研究对象，比较不同粒级团聚体及其黏粒中铁氧化物的形态和含量差异，并对其与团聚体稳定性的关系进行分析，旨在探讨长期紫云英还田与不同量化肥配施下，土壤团聚体及其黏粒中铁氧化物的分布特征，为紫云英的合理利用提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 定位试验概况土壤样品采自湖南省南县三仙湖乡万元桥村（29°13′N，112°28′E）的长期定位试验田。该地区属于洞庭湖双季稻区，亚热带湿润气候，海拔高度30 m，年平均温度为16.6 ℃，全年日照时间为1 775 h，年平均降雨量1 238 mm，年平均蒸发量1 236 mm，供试土壤为河湖沉积物发育的紫潮土。
长期定位试验始于2008年，设置MV（翻压紫云英，不施化肥），F100（不翻压紫云英，施全量化肥），MV+F100（翻压紫云英，施全量化肥），MV+F80（翻压紫云英，施80%化肥），共4个处理，各处理3次重复，随机区组排列。紫云英翻压量为：22.5 t·hm–2；全量化肥（100%化肥）施用量为N：150 kg·hm–2；P2O5：75 kg·hm–2；K2O：120 kg·hm–2。施80%化肥处理中氮肥同比例减施，磷肥和钾肥用量不变。氮磷钾化肥品种分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾，紫云英品种为“湘紫1号”，供试水稻品种早稻为“湘早籼25”，晚稻为“黄华占”。
1.2 样品采集于2018年4月紫云英盛花期，按照随机取样法取表层（0~20 cm）土壤样品，带回室内风干并剔除其中根系、石块，然后分别过10目、20目、60目和100目筛待测。
1.3 团聚体组分分离和其中黏粒的提取分离各处理团聚体的组分，提取其中的黏粒（< 2 μm）。具体方法：称取过2 mm筛土壤样品于1 L高脚烧杯中，加100 mL去离子水浸泡10 min，然后在摇床上以150 r·min–1水平摇动5 min，分散后的悬液依次通过250和53 μm筛。保留在筛子上的组分用去离子水洗涤至水完全清澈。将 < 53 μm悬浮液用高速冷冻离心机（J-26XP，Beckman，美国）离心分离，其离心分离所需的时间根据修订的Stokes方程[18]求得：悬浮液用250 mL离心瓶定容至200 mL，1 200 r·min–1，4 ℃离心2 min，离心得到的沉淀为2~53 μm的粉粒，上悬液为 < 2 μm自由态黏粒组分。将分离的各粒级团聚体组分在40 ℃烘箱中干燥并称重。团聚体稳定性采用平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）评价[19]，计算公式如下：
| $ {\text{MWD}} = \sum\limits_{i = 1}^n {\left( {{{\bar X}_i}{W_i}} \right)} \\ {\text{GDM}} = exp\left( {\sum\limits_{i = 1}^n {{W_i}\ln {{\bar X}_i}} } \right) $ | (1) |
式中，
随后进行各粒级团聚体中黏粒组分的分离。称取一部分大团聚体和微团聚体样品分别放入1 L高脚烧杯中，加入100 mL去离子水，搅拌后用超声波破碎仪（VCX800，Sonics，美国）超声2 min，分散后的悬浊液通过53 μm筛，得到 < 53 μm悬浮液（反复超声、过筛）。然后，将得到的悬浮液采用离心法（同上）得到团聚体中黏粒组分。粉粒级团聚体超声破碎后，也采用离心法分离得到黏粒。最后，将分离得到的各粒级团聚体中黏粒烘干、碾磨备用[20]。
1.4 测定项目与方法pH采用电位法测定（水土比1︰2.5，奥力龙868型pH计）；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；速效磷采用0.5 mol·L–1 NaHCO3浸提—比色法测定（Uv-1600紫外可见分光光度计）；速效钾采用醋酸铵浸提—火焰光度法测定（HG-3火焰光度计）；土壤质地采用吸管法测定（国际制）[21]。土壤基本理化性质见表 1。
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表 1 土壤基本理化性质 Table 1 Basic physical and chemical properties of bulk soil |
采用连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-重碳酸钠（DCB）提取土壤、团聚体及团聚体黏粒中游离态铁：称取0.5 g土壤样品，置于50 mL离心管中加1 mol·L–1的碳酸氢钠2.5 mL、0.3 mol·L–1的柠檬酸钠20 mL，在水浴锅中加热至80℃，再加入约0.1 g连二亚硫酸钠，搅拌15 min，经冷却后离心分离（2000 r·min–1~3000 r·min–1）。将上清液倒入250 mL容量瓶中，再重复上述操作两次后，用1 mol·L–1 NaCl溶液洗涤离心，将清液一起倒入容量瓶中，定容。
采用草酸铵缓冲液提取土壤、团聚体及团聚体黏粒中非晶质铁：称取1.0 g土壤样品，放入三角瓶中，然后将三角瓶装入里红外黑的双层布袋中，按土液比为1︰50，加入草酸铵缓冲液，加塞，包扎好袋口，以便遮光，防止光化学效应。振荡2 h后，立即倒入离心管分离，将澄清液倒入另一个三角瓶，加塞备用。
上述各形态铁氧化物的提取液采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-MS，安捷伦，美国）测定；铁的活化度（%）=100×非晶质/游离态[21]。
黏土矿物组成：称取适量分离得到的各粒级团聚体黏粒（< 2 μm）进行压片，制成粉末片，通过X射线衍射仪（Bruker D8 Advance）分析各团聚体黏粒中氧化物矿物的组成，扫描角度范围（2θ）3°~40°，扫描速度（2θ）1°·min–1。
1.5 数据分析采用SPSS 21.0，R语言等软件进行数据统计分析，采用单因素方差分析进行显著性检验，Origin 8.0软件进行绘图。
2 结果 2.1 紫云英还田下土壤团聚体及其稳定性不同处理下土壤水稳性团聚体表现出相似的分布规律（图 1）。团聚体含量主要集中在 > 250和53~250 μm粒级，占比为73.5%~77.5%。与MV相比，MV+F100和MV+F80处理显著提高了 > 250 μm团聚体含量，增幅分别为28.2%和14.8%；而降低了53~250 μm团聚体含量，降幅分别为17.2%和16.1%。与F100相比，MV+F100处理显著提高了 > 250 μm团聚体含量，增幅为10.1%，而MV+F80处理的变化不显著。
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注：不同小写字母表示不同处理之间差异显著（P＜0.05）；不同大写字母表示不同组分之间差异显著（P＜0.05）。下同。 Note: Different lowercase letters indicate significant differences among treatments(P < 0.05);Different capital letters indicate significant differences among components(P < 0.05). The same as below. 图 1 不同处理土壤团聚体的分布 Fig. 1 Distribution of soil aggregates under different treatments |
土壤平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）反映了土壤团聚体的大小分布状况，其值越大表示团聚体的平均团聚度越高，其稳定性也越好[10]。由图 2可知，不同处理MWD和GMD均表现为：MV+F100 > F100 > MV+F80 > MV处理。与MV相比，MV+F100和MV+F80处理均提高了土壤团聚体的平均重量直径和几何平均直径，分别增加了20.5%和8.5%以及9.1%和2.1%。与F100相比，MV+F100处理团聚体的平均重量直径和几何平均直径分别增加了8.2%和4.1%。
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图 2 不同处理土壤团聚体平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD） Fig. 2 Mean weight diameter and geometric mean diameter of soil aggregates under different treatments |
供试土壤中游离铁含量为32.6~36.9 g·kg–1（图 3），其中MV+F100处理的游离铁含量最高，与MV和F100相比，分别提高了13.4%和11.5%。非晶质铁的含量为7.0~8.6 g·kg–1，与MV相比，紫云英与不同量化肥配施均显著提高了非晶质铁含量，增幅为15.6%~22.5%。而与F100相比，化肥减施20%后，土壤中非晶质铁含量有所降低，降幅为4.4%。
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图 3 不同处理土壤和团聚体中各形态氧化铁的含量 Fig. 3 Contents of various forms of ferric oxide in soils and aggregates under different treatments |
各处理团聚体（> 250、53~250和2~53 μm）游离铁的含量均低于土壤中的，其主要集中在53~250 μm团聚体，变化趋势为53~250 μm > （> 250 μm） > 2~53 μm团聚体（图 3a）。这与Peng等[22]对三种不同施肥处理土壤团聚体中游离铁的研究结果相似。与MV相比，MV+F100和MV+F80提高了 > 250 μm团聚体的游离铁含量，分别提高了3.3%和2.7%，但不同处理间无显著差异。此外，MV+F100处理的各粒级团聚体中，游离铁含量均高于MV+ F80处理的，但差异不显著。
团聚体的非晶质铁含量也均高于土壤中的，且主要集中在2~53 μm团聚体，其变化趋势为2~53 μm > 53~250 μm > （> 250 μm）团聚体（图 3b）。MV +F100和MV +F80处理各粒级团聚体的非晶质铁含量均显著高于MV处理的，其中2~53 μm团聚体增加最明显（为21.6%~55.6%），其次53~250 μm团聚体增加了25.0%~54.5%，> 250 μm团聚体增加了12.7%~17.7%。而相比于F100，MV+F100和MV+F80降低了2~53 μm团聚体的非晶质铁含量，降幅为3.5%~21.3%。此外，MV+F80处理各团聚体的非晶质铁含量均显著高于MV+F100处理。
各处理团聚体中黏粒的游离铁含量为33.8~42.7 g·kg–1，且均高于团聚体中的游离铁含量，其主要集中在 > 2 μm团聚体的黏粒中，自由态黏粒（< 2 μm）的含量较低。变化趋势为2~53 μm > 53~250 μm > （> 250 μm） > （< 2 μm）团聚体（图 4a）。与MV和F100相比，紫云英与不同量化肥配施显著增加了 > 250 μm团聚体中黏粒的游离铁含量，增幅分别为1.5%~5.2%和10.8%~14.9%。此外，与MV+F80相比，MV+F100处理显著增加了各粒级团聚体中黏粒的游离铁含量，增幅为3.6%~10.0%。
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图 4 不同处理团聚体黏粒中各形态氧化铁的含量 Fig. 4 Contents of various forms of ferric oxide in the clay of aggregates under different treatments |
各处理团聚体中黏粒的非晶质铁含量为6.6~16.8 g·kg–1（图 4b），主要集中在 > 2 μm团聚体的黏粒中，自由态黏粒（< 2 μm）的含量较低，这与黏粒中游离铁的变化相一致。与MV相比，MV+F100和MV+F80处理 > 250 μm团聚体中黏粒的非晶质铁含量显著降低，降幅为23.6%~26.0%，而2~53和 < 2μm团聚体中黏粒的非晶质铁含量增加，增幅分别为51.9%~54.5%和47.0%~50.0%。与F100相比，MV+F100和MV+F80处理2~53μm团聚体中黏粒的非晶质铁含量降低了29.2%~30.4%。此外，与MV+ F100相比，MV+F80处理显著增加了53~250 μm团聚体中黏粒的非晶质铁含量，增幅为7.7%。
各处理团聚体铁的活化度表现为2~53 μm > 53~250 μm > （> 250 μm）（图 5a）。MV+F100和MV+F80处理各粒级团聚体铁的活化度均显著高于MV处理，分别增加了9.2%~26.7%和14.3%~57.6%。而与F100相比，MV+F100处理2~53 μm团聚体铁的活化度有所下降，降幅为21.3%，MV+F80处理则没有明显变化。此外，与MV+F100相比，MV+F80处理各粒级团聚体铁的活化度均明显提高。
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注：（a）团聚体中铁的活化度；（b）团聚体中黏粒铁的活化度。 Note: (a)Activation of iron in aggregates; (b)Activation of iron in the clay of aggregates. 图 5 不同处理团聚体及其黏粒中铁的活化度 Fig. 5 Activation of iron in aggregates and their clay under different treatments |
各处理团聚体黏粒中铁的活化度与非晶质铁的变化趋势相同（图 5b）。与MV相比，MV+F100和MV+F80处理 > 250 μm团聚体中黏粒铁的活化度显著降低，降幅为27.0%~27.7%，而2~53和 < 2 μm团聚体中黏粒铁的活化度显著增高，分别增加了45.7%~56.9%和40.2%~51.3%。与F100相比，紫云英与不同量化肥配施显著降低了2~53 μm团聚体中黏粒铁的活化度，降幅达到39.1%和34.4%。此外，与MV+F100相比，MV+F80处理各粒级团聚体中黏粒铁的活化度均明显提高。
2.3 团聚体的矿物组成不同处理团聚体中黏粒的XRD图谱（图 6）中均含有14.2、10.0、7.15、4.47、4.25、3.53、3.34、3.19、2.56和2.28Å等特征衍射峰，表明各处理土壤团聚体均含有1.4 nm矿物、伊利石、高岭石、绿泥石、石英和长石。而4.98、2.69和2.45Å的出现，说明各处理土壤团聚体中还含有针铁矿。不同粒级团聚体黏粒矿物的组成相似，但自由态黏粒（< 2 μm）中矿物衍射峰的强度明显大于其他团聚体中的黏粒。此外，与MV相比，MV+F100和MV+F80处理团聚体黏粒的4.98和2.45Å衍射峰强度有所增加，且在2~53 μm团聚体黏粒中变化尤为明显，表明紫云英与化肥配施有利于团聚体黏粒中针铁矿的形成。
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注：I-伊利石；K-高岭石；Q-石英；Ch-绿泥石；Go-针铁矿；Fsp-长石；H-赤铁矿。 Note: I-illite; K-kaolinite; Q-quartz; Ch-chlorite; Go-goethite; Fsp-feldspar; H – hematite.(a)MV; (b)F100;(c)MV+F100;(d)MV+F80 图 6 不同处理土壤各粒级团聚体黏粒中矿物的XRD图谱 Fig. 6 XRD patterns of minerals in the clay of soil aggregates under different treatments |
在土壤形成过程中，铁氧化物会向较细的粒级富集。黏粒中铁氧化物含量与团聚体中铁氧化物含量的比值表示铁的富集率，指示铁在团聚体中的富集程度[23]。各粒级团聚体中游离铁的富集率为1.40~1.85（图 7a），表明各团聚体中游离铁均有向黏粒富集的趋势，但不同粒级的团聚体富集程度有所不同，表现为2~53 μm > 53~250 μm > （> 250 μm）团聚体。与MV和F100相比，紫云英与不同量化肥配施显著提高了2~53 μm团聚体中游离铁的富集率，增幅分别为3.5%~7.6%和11.3%~15.6%。
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图 7 各形态氧化铁在团聚体中黏粒的富集率 Fig. 7 Enrichment rates of various forms of ferric oxide in the clay of aggregates |
非晶质铁在团聚体中的富集率为0.84~1.74（图 7b），除F100以外，其他处理非晶质铁的富集率主要在 > 250 μm团聚体中最高。与MV相比，紫云英与不同量化肥配施显著降低了 > 250和53~250 μm团聚体中非晶质铁的富集率，降幅分别为32.8%~36.8%和17.2%~28.4%，而增加了2~53 μm团聚体中非晶质铁的富集率，增幅为3.6%~26.2%。与F100相比，紫云英与不同量化肥配施后2~53 μm团聚体中非晶质铁的富集率降低了10.9%~26.9%。此外，与MV+F80相比，MV+F100处理增加了各粒级团聚体中非晶质铁的富集率，增幅为6.4%~21.8%。
2.5 铁氧化物与团聚体稳定性的关系为明确团聚体及其黏粒中铁氧化物对团聚体分布及稳定性的影响，分析了不同粒级团聚体含量与团聚体和黏粒中铁氧化物的相关性（表 2）。结果表明，> 250 μm团聚体含量与团聚体黏粒中非晶质铁含量及铁的活化度呈极显著正相关，与游离铁的含量呈显著正相关；2~53 μm团聚体含量与团聚体中非晶质铁及铁的活化度呈显著正相关；< 2 μm团聚体含量与团聚体和团聚体黏粒中非晶质铁的含量、铁的活化度呈显著和极显著负相关。
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表 2 不同粒级团聚体含量与团聚体及其黏粒中铁氧化物的相关性 Table 2 Correlations between the aggregate content of various sizes and iron oxides in aggregates and their clay |
此外，非晶质铁的富集率与 > 250和53~250 μm团聚体含量呈显著正相关（图 8），且团聚体的MWD与 > 250 μm团聚体含量呈极显著正相关，GMD与 > 250和2~53 μm团聚体含量呈极显著和显著正相关，而团聚体MWD和GMD均与 < 2 μm团聚体含量呈极显著负相关。这说明非晶质铁向黏粒富集，能够促进 > 250 μm团聚体的形成，从而提高团聚体稳定性。
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图 8 不同粒级团聚体含量与铁氧化物富集率及团聚体稳定性的相关性 Fig. 8 Correlation among the content of aggregates of different sizes and enrichment rate of Fe oxides or stability of aggregates |
土壤团聚体的分布和稳定性变化是土壤团聚体形成和破坏的重要表现。紫云英是营养较全面的有机肥源，有研究发现，紫云英还田可显著增加 > 0.25 mm水稳性团聚体含量，提高团聚体的稳定性[24]。还有研究表明，施用无机化肥能够显著提高土壤中多糖的含量，从而有利于团聚体的形成和稳定[4]。本研究发现，相比于单施紫云英和单施化肥，紫云英与全量化肥配施更能促进 > 250 μm水稳性团聚体的形成，团聚体的平均重量直径和几何平均直径显著增加。这可能是因为，施用化肥主要通过增加作物产量和作物残茬量，以及促进根系分泌及根的周转来促进胶结物质的形成[25]；而紫云英还田一方面可直接向土壤输入有机物质，另一方面又能提升土壤酶活性和生物多样性，从而为有机物质的腐殖化以及各形态铁氧化物的转化提供条件[26]。两者相互配合，促进了胶结物质的形成，使土壤颗粒在胶结物质的作用下不断黏结形成大团聚体，从而提高了团聚体稳定性。
土壤中铁氧化物的组成和含量会受到耕作方式、土地利用和施肥等多种因素的影响，特别是紫云英还田能够直接或间接增加有机物与铁氧化物吸附或结合，促进铁氧化物的转化[8]。研究发现，长期有机无机配施的水稻土中，各粒级团聚体中非晶质铁的含量均有明显提高，而游离铁的变化不明显[11-12]。本研究中，与单施紫云英相比，紫云英与不同量化肥配施均显著提高了各粒级团聚体中非晶质铁的含量，且在单施化肥处理中非晶质铁的含量最高。这是因为紫云英为豆科作物，含氮量高，单独施用紫云英会使土壤中的C/N失调，导致微生物活性降低，菌根的生长变缓，铁氧化物的活化度有所降低，铁离子水解形成晶态氧化铁[27]。而化肥中的亚硝酸盐能够作为低价铁的电子受体，并且磷会参与非晶质铁的吸附和解析过程，促进了非晶质铁的转化，使得非晶质铁的含量有所增加[28-29]。
土壤形成过程中，铁氧化物会向黏粒富集[14]，本研究结果表明各处理大部分团聚体中黏粒的游离铁和非晶质铁含量明显高于团聚体的，均有向黏粒富集的趋势。这可能与黏粒的阳离子交换量大和表面负电荷多有关，且土壤黏粒表面以多层吸附为主，这更有利于铁氧化物的富集[16]。研究发现，各粒级团聚体与团聚体中黏粒形成的微域环境具有不同的氧化还原条件[30-31]，使铁氧化物在团聚体和黏粒中具有不同程度的转化。本研究中，与单施化肥相比，单施紫云英和紫云英与化肥配施后，> 250 μm团聚体中黏粒的游离铁和非晶质铁含量均显著增加。这可能是因为紫云英等有机物料在腐解过程中能够产生大量的多糖代谢物和腐殖物质[32]。Li等[33]采用13C同位素标记法发现，在分解过程中形成的有机胶结物质会与黏粒和铁氧化物等无机胶结物质结合，首先形成大团聚体，致使绿肥还田后 > 250 μm团聚体的黏粒中铁氧化物的含量要高于单施化肥处理。
一般认为铁氧化物对团聚体的稳定性机制主要有3种：（1）在土壤溶液中充当絮凝剂；（2）充当黏粒和有机分子的胶结剂；（3）作为凝胶在黏粒表面沉淀[15]。不同形态的铁氧化物对团聚体的形成和稳定影响程度有所差别。本研究中 > 250 μm团聚体含量与团聚体中黏粒的游离铁和非晶质铁呈显著和极显著正相关，而 < 2 μm自由态黏粒的含量与团聚体和团聚体中黏粒的非晶质铁含量及铁的活化度呈显著和极显著负相关。前人研究证实，经DCB和AAO溶液处理后，2 000~250 μm团聚体含量下降了494%和409%，53~250 μm微团聚体含量分别下降了498%和417%[22]。还有研究发现，黏粒对团聚体的影响主要取决于其黏土矿物的组成[15]，大多数黏粒能被针铁矿和赤铁矿团聚成5~300 μm粒级[6]，它们能够作为键桥结合黏粒，提高胶结强度，产生稳定而不可分散的团聚体[34-35]。因此，紫云英与不同量化肥配施处理后自由态黏粒和部分团聚体中黏粒的铁氧化物含量均明显提高，促进了 > 250 μm团聚体的形成，间接提高了团聚体的稳定性。
团聚体及其黏粒中铁氧化物含量与团聚体的MWD和GMD的随机森林模型表明，团聚体及其黏粒中不同形态的铁氧化物共同解释了团聚体稳定性差异的55.79%，其中 > 250、2~53 μm团聚体中黏粒和自由态黏粒中游离铁对团聚体MWD和GMD的影响最为强烈，分别解释了团聚体稳定性指标的7.96%、7.74%和8.64%。胡国成和章明奎[36]认为，游离态铁氧化物对土壤颗粒具有较强的胶结能力，通过强烈吸附在黏粒表面形成氧化物胶膜，促进团聚体的稳定。L i等[37]表示游离态的铁氧化物能够吸附可溶性的有机碳，对有机碳的固存起重要作用。游离铁能够与有机络合物结合，形成黏粒-多价金属-有机质复合体，提高团聚体稳定性。
4 结论本研究分析了长期紫云英还田的水稻土中团聚体的稳定性及其铁氧化物的分异，发现紫云英与不同量化肥配施均显著增加了 > 250 μm团聚体的含量，提高了土壤团聚体稳定性。各形态铁氧化物主要分布在 < 250 μm团聚体中，但不同处理间游离铁的变化不显著。相比于单施紫云英，紫云英与不同量化肥配施显著提高了各粒级团聚体、2~53 μm团聚体中黏粒和自由态黏粒的非晶质铁含量，以及 > 250 μm团聚体及其黏粒的游离铁含量，并促进了团聚体中黏粒针铁矿的形成。团聚体稳定性主要与铁氧化物控制的大团聚体密切相关，> 250、2~53 μm团聚体中黏粒和自由态黏粒中游离铁的含量是团聚体MWD和GMD最主要的影响因子。铁氧化物是土壤团聚体重要的胶结物质，紫云英与不同量化肥配施，有助于增加铁氧化物的含量，增强团聚体稳定性，且当紫云英与全量化肥配施时，增幅最大。
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