1、第二章 土壤有机质 (soil organic matter),土壤有机质是指存在于土壤中所有含碳的有机物质，包括土壤中各种动物、植物残体、微生物体及其分解和合成的各种有机物质，即由生命体和非生命体两部分有机物质组成。,第一节 土壤生物(soil organisms)生活在土壤中的生物包括动物、植物和微生 物。 一、土壤微生物(soil microorganisms) （1）细菌(bacteria):最多 （2）放线菌(actinomycetes)：次之 （3）真菌(fungi)：次之 （4）藻类(algae)：最少 （5）原生动物(protozoon)：最少,杆菌,球菌,细菌的形态特征,螺旋
2、菌,防线菌的形态特征,酵母菌菌落,真菌的形态特征,镰刀菌,藻类,二、 土壤动物每公顷的土壤中约含有几百千克的各种动 物, 其中占优势的类群：（1）蚯蚓(earthworm) （2）线虫(nematode) （3）其它土壤动物：螨类、蚂蚁、蜗牛、 啮齿类动物、其它昆虫等。,作物的根结线虫,三、土壤生物的功能1、调节植物生长的养分循环（主要是有机质的分解、转化、合成，推动土壤发育）2、分解有机物，产生并消耗CO2、CH4、H2等多种气体3、影响全球气候的变化.,SOC & Microbial community,四、影响土壤微生物活性的环境因素1、温度：绝大多数微生物适于2540的温度范围。2、p
3、H：大多数细菌、藻类和原生动物最适宜的pH范围未6.57.5，放线菌7.58.0，真菌3.06.03、氧气和Eh（氧化还原电位）：好氧微生物最适宜的Eh为：300400mv,厌氧微生物100mv。,4、生物因素：有互生、共生、拮抗现象。 如：纤维分解菌为真菌提供能源，固氮菌为纤维分解菌提供氮素营养。5、土壤管理措施：如少耕和免耕可增强土壤表层附近微生物活性。滥用杀虫剂和除草剂会抑制一些微生物活性。,第二节 土壤有机质,土壤有机质的来源、含量及其组成 土壤有机质的分解和转化 （重点）土壤腐殖物质的形成和性质（重点）土壤有机质的作用及管理 （重点）,一、 土壤有机质的来源、含量及其组成（一）、土壤
4、有机质的来源,1、高等植物残体（地上部和地下部） 2、土壤中的动物残体及排泄物 3、土壤中的微生物及分泌物 4、施用的有机肥,Soil development,Increase of SOM,死亡的微生物,动植物残体,凋落物,Accumulation of SOM and Soil formation,（二）、含量及组成,1、有机质含量 土壤有机质的含量差异很大，泥炭土可高达20%或30%以上，漠境土和砂质土壤不足0.5%。 耕作土壤表层的有机质含量通常5%,一般在1%3%之间。,土壤有机质,0.5%,5%,0.5-2.0%,7%,表5-1 不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量,2、有机质的组
5、成,(1) 化学元素组成 土壤有机质的基本元素组成是C、H、O、N， 分别占、和， 其次是、,2、有机质的组成,(2) 化合物组成可分为:腐殖物质 （Humic Substance)非腐殖物质 （Non-Humic Substance),常见的化合物有糖、纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类。,2、有机质的组成,(3) 存在形态：新鲜的动、植物残体 半分解的动、植物残体 腐殖质,占，易机械分开，是土壤有机质的基本组成部分和养分来源，也是形成腐殖质的原料。,占85%，常形成有机无机复合体，难以用机械方法分开，是改良土壤、供给养分的重要物质，也是土壤肥力水平的重要标志之一。,二、 土壤有机质的分
6、解和转化,有机质的分解与合成示意图,二、 土壤有机质的分解和转化（一）、矿质化过程与腐殖化过程 1、矿质化过程(Mineralization)*土壤有机质在土壤微生物及其酶的作用下，分解成 二氧化碳和水，并释放出其中的矿质养分的过程。,矿化率：每年因矿质化而消耗的有机质量占土壤有机质总量的百分数。我国有机质年矿化率在1%4%之间。,1、矿质化过程,糖类化合物的转化 多糖经酶的作用水解为单糖，再进一步分解为更简单的物质。,含氮物质的转化 水解：蛋白质水解蛋白质消化蛋白质多缩氨基酸氨基酸 氨化：氨基酸NH3 硝化：NH3HNO3 反硝化：HNO3N20、N2,1、矿质化过程,含磷有机物的转化 核蛋
7、白质核素核酸磷酸卵磷脂甘油磷酸脂磷酸,含硫有机物的转化 含硫有机物H2SH2SO4,当通气不良时H2SO4 H2S,简单有机化合物的分解,单糖、淀粉和简单蛋白质,粗蛋白质,纤维素、半纤维素,脂肪、蜡质,木质素,有机质分解由易而难的递进,2.腐殖化过程:(Humification)*有机质被分解后再合成新的较稳定的复杂的有机化合物，并使有机质和养分保蓄起来的过程。,腐殖化系数*：通常把每克干重的有机质经过一年分解后转化为腐殖质（干重）的克数，称为腐殖化系数。腐殖化系数通常在0.20.5之间。,矿质化和腐殖化两个过程互相联系，随条件改变相互转化，矿化的中间产物是形成腐殖质的原料，腐殖化过程的产物，
8、再经矿化分解释放出养分。,合理调控两者的速度，使其能供应作物生长的养分同时又使有机质保持在一定的水平。,新鲜程度破碎程度紧实程度,（一）、植物残体的特性,1、物理状态,三、影响有机物质的分解和转化的因素,2、植物残体的化学组成纤维素、木质素和蜡质含量高的植物残体难分解，含氮有机物多的植物残体分解容易,不仅影响有机残体分解速度，还影响土壤有效氮的供应，通常以：或：较为合适。,3、C/N比*,：时，微生物活动最旺盛，分解有机质速度较快，释放出大量素 ：时，相对不足，会出现微生物与植物共同争夺土壤中的有效。,（二）土壤特性1、质地 粘粒含量越高，有机质含量也越高。2、pH值 通过影响微生物的活性而影
9、响有机质的分解，各种微生物都有其最适pH范围，多数细菌的最适pH为6.57.5，真菌为36、，放线菌为略偏向碱性。由于细菌数目最多，所以pH6.57.5较适宜，,最适湿度：土壤持水量的50%80%；低洼、积水有利于有机质的积累。,4、温度 无分解：0 ；分解随温度而加强：0-35 ；升温10 ，分解速率提高23倍最适分解温度：2035 ,3、水分,在好氧条件下，微生物活动旺盛，分解作用可进行较快而彻底，有机物质-CO2和H2O，而N、P、S等则以矿质盐类释放出来。,在嫌气条件下，好氧微生物的活动受到抑制，分解作用进行得既慢又不彻底，同时往往还产生有机酸、乙醇等中间产物。,在极端嫌气的情况下，还
10、产生CH4、H2等还原物质，其中的养料和能量释放很少，对植物生长不利。,5、通气性,第三节 土壤腐殖物质的形成和性质,腐殖质:是一类以芳香化合物或其聚合物为核心，复合其他有机物的有机复合体，是组成和结构都很复杂的天然高分子聚合物，非常稳定难溶于水。,腐殖质非常稳定对维持土壤有机质水平，减少氮素等其他养分移动、损失是十分重要的。,一土壤腐殖质的形成,二、土壤腐殖质的存在形态,游离状态的腐殖质（土壤中极少）；与盐基化合成稳定的盐类(腐殖酸钙镁)；与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体；与粘粒结合成胶质复合体（有机无机复合体）。52%98%的有机质集中在粘粒部分。,土壤有机无机复合体示意图,三、土壤腐殖酸
11、的分组,目前常用的提取剂 （1）0.1M NaOH溶液 （2）0.1M NaOH + 0.1M 焦磷酸钠混合提取液,腐殖质分组方法,四、土壤腐殖酸的性质,（一）物理性质 1、颜色黑褐色，富里酸呈淡黄色，胡敏酸呈褐色 2、溶解性富里酸溶于水、酸、碱；胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱；富里酸的一价、二价盐溶于水，三价盐几乎不溶于水；胡敏酸的一价盐溶于水，但二价、三价盐几乎不溶于水。 3、吸水性 最大吸水量可以超过500%，粘粒仅为15%20%。,胡敏酸 富哩酸 DOC,有机质与腐 殖质的颜色,腐殖质的基本性质,4、腐殖质的分子结构和分子量 （1）腐殖质的分子结构目前还没有完全确定，只明确以芳香核为主体
12、，附以各种功能团。 （2）腐殖酸的分子量因土壤和组分的不同而不同，胡敏酸平均为25002000，富里酸平均为6801450。 5.胶体特性 土壤有机胶体的主要组成部分,（二）腐殖酸的化学性质,、腐殖质的组成,、化学组成,我国主要土壤腐殖酸的元素组成,习惯上以58%为其平均值，故计算有机质的含量时，一般以1.724为折算系数。,元素组成为C 、H 、O、 N 和S等,3、含氧官能团,羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。,腐殖质的含氧官能团含量（m mol M）.kg-1,4、腐殖酸的络合性,络合物的稳定性随pH值的升高而增大。 在pH4.8时能与Fe、Al、Ca等离子形成可溶性络合物，但
13、在中性或碱性条件下会产生沉淀。,5、腐殖酸的电性（可变电荷）,腐殖酸是一种两性胶体。既可以带负电荷，也可以带正电荷。而通常以带负电荷为主。腐殖质的负电荷数量随pH的升高而升高。,腐殖质具有带电性（可变电荷）,（三）腐殖质的稳定性,在温带条件下， 一般植物残体的半分解周期少于3个月； 植物残体形成的新的有机质的半分解期为4.7-9年； 胡敏酸的平均停留时间为780-3000年； 富里酸的平均停留为200-630年。,氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的90-98%磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。,第四节 土壤有机质的作用及
14、管理,一、有机质在土壤肥力上的作用 （一）提供植物需要的养分碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年释放的CO2达1.351011吨，相当于陆地植物的需要量,1、物理性质：促进良好结构体形成，使砂土变紧、粘土变松； 促进土壤升温，而且变幅不大。 2、化学性质 ： 增强保水性；增强土壤保肥性； 增强土壤缓冲性,（二）改善土壤肥力特性,3、生理性质,对微生物 OM是微生物生命活动所需要的养分和能量来源，土壤中微生物的数量与OM的含量呈正相关；,对植物，腐殖酸,（一）有机质对重金属污染的影响 （络合、氧化还原、吸附） （二）有机物质对农药污染的影响（固定、迁移，降低或消失其农药毒性）,（三）
15、土壤有机质对全球碳平衡的影响（有机质是全球碳平衡过程中非常重要的碳库）,二、有机质在生态环境上的作用,三、土壤有机质的管理,在一定范围内，土壤肥力以及作物产量随有机质含量提高而增加，但是土壤有机质并不是愈多愈好，当超过一定范围，对作物和土壤肥力均不利.,土壤有机质含量并非可以无限提高，在稳定的生态系统中最终达到一个稳定值 。,土壤有机质含量决定于年生成量（腐殖化系数）和年矿化量（矿化率）的大小,提高有机质含量的措施,增加有机质的来源；调节有机质的积累和分解过程。,(1)、施用有机肥,主要的有机肥源包括：绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼肥、河泥、塘泥、有机、无机肥料配合施用,(2).
16、种植绿肥 田菁 紫云英 紫花苜蓿等,休闲绿肥、套作绿肥 养用结合：因地制宜、充分用地、积极养地、养用结合,(3)秸秆还田,要注意秸秆的C/N比、破碎度、埋压深度以及土壤墒情、 播种期远近、化肥施用量等,增加有机质的来源,P55例题解释,调节有机质的分解速率,为了充分发挥有机质的有益作用，就必须调节土壤微生物的活动，使有机质能及时分解，即不能太慢，也不能太快。,分解太慢，释放出的养分少，不能满足作物的需要；,分解太快，不但会使土壤有机质产生无益消耗，还会造成养分的流失及作物的猛长。 此外，土壤有机质过快的消耗会导致土壤结构的破坏，使土壤的理化性质变劣，耕性恶化。,调节土壤水、气、热状况，控制有机
17、质的转化；合理的耕作和轮作；调节碳氮比和土壤酸碱度。,1了解不同地带土壤有机质的来源、含量及其组成。2掌握碳水化合物、含N化合物的转化过程及产物，重点掌握影响转化因素中的C/N的详细内容和基本原理。3.掌握土壤腐殖质的性质。4.掌握土壤有机质对土壤肥力、农作物产量、品质以及环境保护所产生的影响。5. 了解提高土壤有机质的原则和途径，以及为什么一再强调增施有机肥，以培肥土壤的科学道理。,【本章小结】,课堂测试 一、判断题 1、腐殖质常与矿物质结合成有机无机复合体( ) 2、土壤有机质含量高的土壤，其肥力也高，则农作物的产量也高( ) 3、通气不良时，有机质分解不完全其产物是H2、CH4、CO、H2S等一些还原性有毒物( ) 4、 只要多施有机肥，土壤有机质就会相应的不断提高( ) 5、土壤有机质的转化是受微生物控制的一系列生化反应( ) 6、有机质的转化是先矿化后腐殖化，两个过程是矛盾对立的( ) 7、秸秆还田时，常常要配合施用适量的N肥，以降低C/N、可促进有机物质的转化过程( ),二、问答题,
