1、第二章 土壤有机质 Soil Organic Matter,主要内容,教学目标与要求,1.土壤有机质的来源、含量及其组成 2.土壤有机质的分解和转化 3.土壤腐殖物质的形成和性质 4.土壤有机质的作用及管理,1.了解土壤有机质的基本组成; 2.掌握土壤腐殖质的组成与性质; 3.深刻认识土壤有机质在土壤肥力上的作用; 4.掌握提高土壤有机质含量的方法。,土壤有机质（Soil Organic Matter，OM）指存在于土壤中的所有含碳的有机物，包括土壤中各种动植物残体、微生物体及其分解合成的各种有机物。,一、为什么要了解土壤有机质？ 二、土壤有机质是什么？有多少？ 三、土壤中有机质如何转化？ 四
2、、土壤腐殖质如何存在？ 五、土壤腐殖质有什么作用？,第一节 土壤有机质的来源、含量及组成,森林土壤(forest soil)：枯枝落叶(lither) 草原土壤(steppe soil)：草、根系(grass and root system) 耕作土壤(cultivated soil)：作物残茬(crop residue)(一般占籽实产量(yield of kernels)的3540%)、施用的有机肥土壤有机质主要来源是各种植物残体，其化学组成和各种成分的含量，因植物种类、器官、年龄等的不同而有很大差异，从而导致土壤有机质的差异。森林土壤：酸性有机质(acid organic mater)草原
3、土壤：中性有机质(neutral organic mater),一、土壤有机质来源,1、含量(content)一般把耕层含有机质20%以上的土壤，称为有机质土壤，在20%以下的土壤，称为矿质土壤(mineral soil)。土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施密切相关。目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言,北方土壤有机质含量高于南方土壤。,二、土壤有机质的含量及组成,四川土壤有机质含量（%）,2、元素组成(elementary composition)(水%75，干物质%25；C/N大约为10左右)3、有机组成(chemical composition)4、土壤腐殖质（s
4、oil humus） 土壤腐殖质：是除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的有机物质的总称。由非腐殖物质（Non-humic substances）和腐殖物质（Humic substances）组成，通常占土壤有机质的90%以上。,一、简单有机化合物的分解和转化 矿质化(mineralization)：指复杂的有机质在微生物的作用下，转化为简单的无机物的过程。 （一）碳水化合物(carbohydrate)的矿质化碳水化合物 有机酸 CO2H2O在低温、嫌气条件下,有机酸变为CO2和H2O的过程受到阻碍,产生有机酸的累积,从而造成植物根系萎缩、腐烂。如：甲酸3.210-3 mol/L、乙酸4
5、.610-3 mol/L 、 正丁酸710-4 mol/L ，就会对植物根系产生较严重的危害。解决办法：排水晒田、施草木灰（中和酸、补充K素）有机肥施用前进行堆沤。,第二节 土壤有机质的分解和转化,（二）含氮化合物(nitrogen compound)的矿质化蛋白质 氨基酸 NH4 NO3- N素同化N素生物固定与有效化过程与有机物C/N比密切相关：C/N25时，产生N素生物固定C/N25时，产生N素有效化。豆科绿肥（三叶草等） C/N小，施入土壤后能提供N素（N素有效化）。禾本科作物秸秆C/N大，直接还田易造成M与作物争夺N素，造成N素的生物固定。秸秆还田应配施化学N肥：一般亩施秸秆3004
6、00kg，需要配施化学纯N 34kg。,（三）脂肪(fattiness)、树脂(pitch)、蜡质(waxiness)、单宁(tannin)的矿质化这类有机物的矿质化过程与碳水化合物基本相同，不同之点是在嫌气条件下产生多酚化合物，这是形成腐殖质的基本材料。 （四）木质素(xylogen)的矿质化木质素是芳香性聚合物，含碳量高，在土壤中真菌和放线菌作用下缓慢的转化，最终产物是CO2和H2O，但往往只有50%可形成最终产物，其余仅为降解产物，作为形成腐殖质的原始材料。土壤有机质因矿质化作用每年损失的量占土壤有机质总量的百分数称有机质的矿化率(percent mineralization)矿化率一般
7、在1%3%。由于土壤有机质的矿化率与有机氮的矿化率同步，因而可通过测定土壤有机氮的矿化率来代表有机质的矿化率。,二、植物残体(dead plant part)的分解和转化1、可溶性有机化合物以及部分类似有机物入土壤后的头几个月很快矿化 。2、残留在土壤中的木质素、蜡质以及第一阶段未被矿化的植物残体碳相对缓慢分解。 三、土壤腐殖物质(humic substances)的分解和转化 1、腐殖质经过物理化学作用和生物降解，使其芳香结构核心与其复合的简单有机物分离，或是整个复合体解体。 2、释放的简单有机物质被分解（矿化）和转化，酚类聚合物被氧化。 3、脂肪酸(fatty acid)被分解，被释放的芳
8、香族化合物（如酚类）参与新腐殖质的形成。,四、影响土壤有机质分解和转化的因素,图2-1 有机质的分解与合成示意图,1、温度(temperature)2535条件下，微生物活动最为旺盛，利于OM矿质化分解，提供作物所需养分。 2、土壤湿度和通气状况 (soil humidity and aeration status)好气：水少气多, M活动旺盛,OM矿质化分解,释放养分嫌气：水多气少, M活动受抑制, OM腐殖化合成腐殖质 3、干湿交替(wetting and drying cycle)一方面增加土壤呼吸作用，破坏土壤结构体，利于OM矿质化分解，另一方面干燥时引起M死亡，又不利于OM分解。,4
9、、有机残体特性(specificity of organic relict) （1）物理状态(physical state)： 多汁、幼嫩绿肥易于分解，磨细粉碎易于分解。 （2）C/N大，不易分解 ； C/N小，易于分解。 （3）硫、磷等元素缺乏也会抑制土壤有机质分解 。激发效应(priming effect)：土壤中加入新鲜有机物质会促进土壤原有有机质的降解。激发效应可以是正、也可以是负。 5、土壤特性(soil specificity)（1）pH 中性条件下利于OM分解（2）质地 质地愈粘重，腐殖化系数愈高，愈难分解,第三节 土壤腐殖质(humus)的 形成和性质 一、土壤腐殖质形成 1、
10、腐殖化作用,腐殖质(humus) ：土壤腐殖质是土壤中一类性质稳定，成分、结构极其复杂的高分子化合物。腐殖化作用(humification)：进入土壤中的有机质转化形成腐殖质的过程。,（1）植物残体分解产生简单的有机碳化合物； （2）微生物对这些有机化合物的代谢作用及反复的循环，增殖微生物细胞； （3）微生物合成的多酚和醌或来自植物的类木质素，聚合形成腐殖物质。,2、腐殖质的形成过程,3、腐殖质的形成途径,二、土壤腐殖质-粘土矿物复合,粘土矿物-腐殖质复合体,三、土壤有机 质的分组,Soil Organic Mater,soil humus,humin,HA: humic acid,FA: f
11、ulvic acid,四、土壤腐殖酸(humic acid)性质（一）物理性质(physical property)1、分子量、形状、颜色,2、溶解性与吸收性,A、分子量 很大。分子量大小与单体和聚合度有关； B、形状 球形结构，疏松多孔，似海棉； C、颜色 分子量愈大，颜色愈深（HA分子量大， 褐色；FA 分子量小，呈淡黄色）,A、溶解性(dissolution) ： FA、HA都溶解于碱，HA不溶于酸， 而FA溶解于酸。 B、吸收性(absorbency) ：亲水胶体，吸水能力强，吸水量可达 其重量的500%。,（二）化学性质(chemical property)1、元素组成(elemen
12、tary composition)C、H、O、N、P、S为主含C量为55 60%，平均58%，100/581.724C：N：P：S100：10：1：1120：10：1：1实验测定土壤有机质时，测出含C量后1.724即得土壤有机质含量（OM%C% 1.724）2、功能团(functional group)含有COOH、OH及酚羟基等多种功能团功能团的解离导致腐殖酸带电如：RCOOH RCOOHR OH R O H （三）分子结构特征(character of molecular structure)分子结构极其复杂的有机高分子化合物。单体中有芳核结构物质，芳核上有多种取代基,土壤肥力：在植物生活
13、全过程中，土壤供应和协调植物生长所需水、肥、气、热的能力。土壤具有肥力是其最本质的特征，是其区别于其它事物的标志。,第四节 土壤有机质的作用及管理,一、在土壤肥力(soil fertility)上的作用,N、P、K、Ca 、Mg 、S、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl、Ni,营养,3、提高土壤保肥性(nutrient preserving capability)土壤腐殖质是一种有机胶体，有巨大的表面积和表面能，吸附能力大于矿质胶体，从而大大提高土壤保肥性。胶体对阳离子吸附能力比较（cmol/kg）,2、促进养分有效化(effectuation)OM矿质化过程中产生的有机酸，腐殖化过程中产
14、生的腐殖酸，一方面促进土壤矿质养分溶解释放养分；另一方面可以络合金属离子，减少金属离子对P的固定，提高P的有效性。,1、养分较完全植物生长所需养分 N：80 97%，P：20 76%， S：38 94% 。,4、提高土壤缓冲性（impact absorption)腐殖质含有多种功能团，遇OH时，电离出H与之作用生成水对碱緩冲；遇H时则由于带负电荷而吸附H对酸緩冲；同时，由于腐殖质胶体带负电荷，可吸附土壤溶液中盐基离子，对肥料起緩冲作用。,5、促进团粒结构(aggregate structure)的形成，改善土壤物理性质(physical property) 粘结力(binding force)
15、：砂有机胶体粘粒因此，有机质能改变砂粒的分散无结构状态，又能改善粘粒的粘重大块结构，促进土壤良好结构的形成，从而改善土壤的通透性等物理性质。,二、改善生态环境(ecological environment)1、有机质与重金属离子的作用：络合重金属离子(heavy-metal ion)，减轻重金属污染；2、有机质对农药等有机污染物的固定作用：减轻农药残毒(toxicity of pesticide residue) ，腐殖酸可溶解、吸收农药，如DDT易溶于HA；3、有机质对全球碳平衡的影响：全球C平衡的重要C库（含C平均为58%）。,三、其它方面作用1、为M提供C源和N源；2、OM含有多种生理活性物质，有利于植物生长；3、腐殖酸在一定浓度下能促进M和植物的生理活性。 四、土壤有机质的管理我国土壤有机质含量普遍偏低。腐殖化系数（humification coecient） ：单位重量的有机碳在土壤中分解一年后残留的碳量。1、大量施用有机肥；2、大力提倡秸秆还田（沃土计划）目前四川还田秸秆不到20%，川中丘陵区不到10%。,秸秆直接还田时注意配施速效性化学氮肥。,成都彭州市秸秆直接还田,
