紫云英与化肥配施下黏粒矿物的组成及其与团聚体稳定性的关系

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近年来,随着农业集约化程度的提高,长期不合理的耕作和施肥导致的土壤退化问题越来越严重。紫云英(Astragalussinicus L.)作为中国南部水田常用的优良有机肥,与化肥相配施,对于土壤结构、土壤肥力均有良好的改善,可在我国广泛使用。为此,本研究以多年紫云英还田的水稻土为主要研究对象,以紫云英还田配施化肥能有效改善土壤结构为着眼点,选择单施紫云英(MV)、单施化肥(F100)、紫云英还田后配施100%化肥(MV+F100)和紫云英还田后配施80%化肥(MV+F80),4个处理,通过湿筛、离心等手段,分离出团聚体(>250、53-250、2-53和<2μm)中黏粒,并通过超过滤将黏粒组分深入到纳米级。通过X射线衍射(XRD)、同步辐射XRD等方法研究紫云英与不同量化肥施用下团聚体纳米颗粒中黏粒矿物的类型、含量和分布特征,并分析了土壤团聚体及其黏粒中铁铝氧化物和有机碳的变化规律,以及它们与团聚体稳定性的关系。主要结果如下:(1)不同处理各粒级团聚体颗粒(100-2000、25-100 nm)中的黏粒矿物主要是伊利石、高岭石、蛭石和1.4nm矿物(HIV)。随着各团聚体颗粒由100-2000 nm减小至25-100 nm,伊利石的相对含量明显提高,高岭石含量明显降低,但黏粒矿物的类型减少,结晶度变差。MV+F100和MV+F80处理均明显增加了<2μm团聚体颗粒中(100-2000和25-100 nm)中伊利石的相对含量,以及各粒级团聚体颗粒中蛭石的相对含量。团聚体的MWD与>250μm团聚体颗粒中蛭石以及<2μm团聚体颗粒中伊利石的相对含量呈现极显著正相关性,而与2-53和<2μm团聚体中高岭石以及>250、53-250和2-53μm团聚体中HIV的相对含量呈极显著负相关。(2)不同处理之间,单施紫云英处理中各粒级团聚体100-2000 nm颗粒Si O2的含量最高。与其相比,紫云英与不同量化肥配施处理中,Si O2的含量呈现下降的趋势,而Al2O3的含量呈现上升的趋势,硅铝率明显降低,出现脱硅富铝化现象。(3)土壤团聚体中游离态铁、铝均在53-250μm团聚体中含量最高,非晶质铁、铝含量均随团聚体粒级的减小而增加,在2-53μm团聚体中含量最高。与MV相比,MV+F100和MV+F80处理均增加了>250μm团聚体中的游离态铁、铝的含量,以及各粒级团聚体中非晶质铁、铝的含量和活化度。在团聚体黏粒中各形态的铁、铝氧化物主要集中在>2μm团聚体黏粒中,自由态黏粒(<2μm)中含量较低。MV+F100和MV+F80显著提高了>250μm团聚体黏粒中游离铁以及各粒级团聚体黏粒中游离铝的含量,而降低了>250μm团聚体黏粒中非晶质铁、铝的含量。(4)土壤团聚体和黏粒中,有机碳的含量均随粒级的减小而有所降低。与MV相比,MV+F100和MV+F80处理中53-250μm团聚体以及各粒级团聚体黏粒中有机碳的含量均显著提高。此外,与MV+F100相比,MV+F80处理显著增加了2-53μm团聚体和自由态黏粒(<2μm)中有机碳含量。此外,相关性分析发现,相较于团聚体中有机碳,团聚体黏粒中有机碳的含量与团聚体稳定性的关系更为密切。(5)团聚体及其黏粒中有机碳和铁、铝氧化物以及团聚体中层状硅酸盐矿物共同解释了团聚体稳定性差异的64.3%,其中高岭石、HIV、团聚体黏粒中有机碳和团聚体中游离铝的含量均是团聚体稳定性最强烈的影响因子。此外,团聚体及其黏粒中有机碳、游离铝和非晶质铁的含量对团聚体稳定性具有直接的正影响,且非晶质铁的影响最为显著。
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