1、2 土壤有机质,2.1 土壤有机质的来源、组成 2.2 土壤有机质的转化 2.3 土壤腐殖质 2.4 土壤有机质的作用和调节,土壤有机质的定义?,存在于土壤中的所有含碳的有机化合物。 它主要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化合物。,2.1 土壤有机质的来源、组成,1）土壤有机质的来源 2）土壤有机质的含量 3）土壤有机质的组成,1）土壤有机质的来源,2）土壤有机质的含量,不同类型土壤中含量差异很大，可小于1%或者大于20%。根据耕作层中有机质含量,可将土壤分为:,3）土壤有机质的组成,2.2 土壤有机质的转化,4.2.1 矿质化过程 4.2.2 腐殖化过程 4.
2、1.3 矿质化和腐殖化过程的关系 4.2.4 影响土壤有机质转化的因素,土壤有机质在水分、空气、土壤动物和土壤微生物的作用下，发生极其复杂的转化过程，这些过程综合起来可归结为两个对立的过程，即土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程。,2.2.1 矿质化过程,土壤有机质在微生物作用下，分解为简单的无机化合物二氧化碳、水、氨和矿质养分（磷、硫、钾、钙、镁等简单化合物或离子），同时释放出能量的过程。,化学的转化过程 动物的转化过程 和微生物的转化过程,定义,分为,1) 化学的转化过程,2) 动物的转化过程,从原生动物到脊椎动物，大多数以植物及植物残体为食。在森林土壤中，生活着大量的各类动物，如温带针阔混
3、交林下每公顷蚯蚓可达258万条等，可见活动物对有机质的转化起着极为重要的作用。,3) 微生物的转化过程,是土壤有机质转化最重要的最积极的过程，有多种酶参与了催化。,不含氮的有机物的转化,含氮有机物的转化,含磷有机物的转化,含硫有机物的转化,（1）不含氮的有机物的转化,主要是碳水化合物，如糖类、纤维类、半纤维类、脂肪和木质素等。,好气条件下,生成简单的有机酸、醇、酮类，最后完全分解成CO2和水，同时释放热量。,通气不良条件下,形成有机酸类中间产物，最后产生甲烷、氢气等还原性物质。,含碳有机物质的转化土壤有机质中的碳水化合物如纤维素、半纤维素、淀粉等糖类，在微生物分泌的糖类水解酶的作用下，首先水解
4、为单糖： (C6H10O5)nnH2O nC6H12O6 好氧条件：生成的单糖由于环境条件和微生物种类不同，又可通过不同的途径分解，其最终产物也不同。如果在好气条件下，有好气性微生物分解，最终产物为水和二氧化碳，放出的热量多，称氧化作用。其反应如下：nC6H12O66O2 6CO26H20热量,厌氧条件 如果在通气不良的条件下，则在嫌气性微生物作用下缓慢分解，并形成一些还原性气体、有机酸，产生的热量少，称发酵作用。其反应为：C6H12O6 CH3CH2CH2COOH2H22CO2热量4H2CO2 CH42H2O,（2）含氮有机物的转化,土壤中含氮有机物可分为两种类型：一是蛋白质类型，如各种类型
5、的蛋白质；二是非蛋白质型，如几丁质、尿素和叶绿素等。土壤中含氮的有机物在土壤微生物作用下，最终分解为无机态氮（NH4+N和NO3-N）。,水解作用蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶作用下，分解成氨基酸的作用称水解作用。蛋白质 氨基酸,氨化作用分解含氮有机物产生氨的生物学过程称氨化作用。CH2NH2COOHO2 HCOOHCO2NH3（氧化）CH2NH2COOHH2 CH3COOHNH3（还原）CH2NH2COOHH2O CH2(OH)COOHNH3 （水解）,硝化作用氨态氮被微生物氧化成亚硝酸，并进一步氧化成硝酸的过程，称硝化作用。这一作用可分为两个阶段：第一阶段，氨被亚硝酸细菌氧化成亚硝酸；第
6、二阶段，亚硝酸被硝化细菌氧化成硝酸。其反应如下：2NH23O2 2HNO22H2O热量2HNO2O2 2HNO3热量,反硝化作用同细菌在无氧或微氧条件下以NO3或NO2作为呼吸作用的最终电子受体生成N2O和N2的硝酸盐还原过程，称反硝化作用。其反应如下： C6H12O624KNO3 24KHCO36CO212N218H2O,反硝化细菌,（3）含磷有机物的转化,土壤中表层有2650是以有机磷状态存在，主要有核蛋白、核酸、磷脂、核素等、这些物质在多种腐生性微生物作用下，分解的最终产物为正磷酸及其盐类，可供植物吸收利用。,但在嫌气条件下，很多嫌气性土壤微生物能引起磷酸还原作用，产生亚磷酸，并进一步还
7、原成磷化氢。,土壤中含磷有机物主要有核蛋白、卵磷脂、核酸、核素等，它们在有机磷细菌的作用下进行分解： 核蛋白质(磷细菌水解)磷酸(KNaCa2) 磷酸盐产生的磷酸盐是植物可吸收的磷素养分，但在酸性或石灰性土壤中易与Fe、Al、Ca、Mg等生成难溶性的磷酸盐，降低其有效性。在缺氧条件下磷酸又被还原为磷化氢，其反应如下：H3PO4 H3PO3 H3PO2 PH3,（4）含硫有机物的转化,土壤中含硫的有机化合物如含硫蛋白质、胱氨酸等，经微生物的腐解作用产生硫化氢,通气良好的条件下,进一步氧化成硫酸,和土壤中的盐基离子生成硫酸盐。,植物残体中的硫，主要存在于蛋白质中，能分解含硫有机物的土壤微生物很多，
8、一般能分解含氮有机物的氨化细菌，都能分解有机硫化物，产生硫化氢，其反应如下：蛋白质 硫氨基酸 H2S还原型的无机硫化物被硫化细菌氧化成硫酸的过程，称硫化作用。其反应如下：2H2SO2 2H2O2S2S3O22H2O 2H2SO4硫化作用产生的硫酸与土壤中的盐基物质作用，形成硫酸盐，硫酸盐是植物可吸收的养分。,2.2.2 腐殖化过程,土壤有机质在微生物作用下，把有机质分解产生的简单有机化合物及中间产物转化成更复杂的、稳定的、特殊的高分子有机化合物腐殖质的过程。,定义,土壤腐殖质形成过程中的转化途径,2.2.3 矿质化和腐殖化过程的关系,土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程是即互相对立，又互相联系，
9、即互相独立，又互相渗透的两个过程。,矿质化过程是有机质释放养分的过程，又是为腐殖质合成提供原料的过程，没有矿质化过程就没有腐殖化过程；同时腐殖化过程的产物腐殖质并不是一成不变的，它可以再经矿质化过程而释放养分以供植物吸收利用。,2.2.4 影响土壤有机质转化的因素,有机质是土壤中最活跃的物质组成。 一方面，外来有机物质不断地输入土壤，并经微生物的分解和转化形成新的腐殖质； 另一方面，土壤原有有机质不断地被分解和矿化，离开土壤。进入土壤的有机物质与有机碳从土壤中损失之间的平衡决定了土壤有机质的含量。,凡是能影响微生物活动及其生理作用的因素都会影响有机物质的分解和转化。,1）温度,微生物活动响应于
10、温度变化： 0 :无分解。0-35:分解随温度而加强,每升温10 ,分解速 率提高2-3倍。25-35 ：最适分解温度。,土壤水分对有机质分解和转化的影响是复杂的：土壤中微生物的活动需要适宜的土壤含水量，但过多的水分导致进入土壤的氧气减少，从而改变土壤有机物质的分解过程和产物。,土壤有机质的分解和转化也受土壤干湿交 替作用的影响,2）土壤水分与通气状况,3）植物残体的特性,土壤质地在局部范围内影响土壤有机质的含量土壤有机质的含量与其粘粒含量具有极显著的正相关。腐殖质与粘粒胶体结合形成的粘粒一腐殖质复合体，可防 止有机质遭受分解，免受微生物的破坏。,土壤pH也通过影响微生物的活性而影响有机质的降
11、解各种微生物都有其最适宜于活动的pH范围，pH过低(8.5)对一般的微生物都不大适宜,4）土壤特性,2.3 土壤腐殖质,1）土壤腐殖质的分组 2）土壤腐殖质的存在状态 3）土壤腐殖酸的性质 4）腐殖质的变异性,土壤腐殖质是褐色或暗褐色的，芳香族结构的，具有多官能团的含氮的、复杂的高分子有机化合物。,在土壤中，通常以腐殖酸盐的形态存在，并与矿物粘粒结合形成复合物。,1）土壤腐殖质的分组,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,腐殖质的提取与分组,2）土壤腐殖质的存在状态,3）土壤腐殖酸的性质,我国主要土壤表土中腐殖物质的元素组成
12、（无灰干基）,（4）分子结构特性,（5）电性,腐殖质是两性胶体，但以负电荷为主 。,负电荷来源于 COOH 、 =C=O 、-OCH3 、OH 其中羧基是最重要的功能基团；腐殖质的总酸度通常 是指羧基和酚羟基的总和。 总酸度以胡敏素、胡敏酸和富里酸的次序增加。,（6）吸水性,腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，最大吸水度最大吸水度达500，在湿度饱和的空气中，其湿度为200。强大的吸水性使土壤具有较强的持水供水能力。,（7）稳定性,抵抗微生物分解能力很强，分解周转所需时间短的10年，长的几百年。刚形成的腐殖质半衰期4.7-9年。其稳定性与团粒结构的稳定性有关。 不同土壤的腐殖质其稳定性差异
13、很大,一般自然土壤大于耕地土壤。,4）腐殖质的变异性,HA/FA值：表示胡敏酸与富里酸含量的比值。是表示土壤腐殖质成份变异的指标之一。,中国自然植被下森林土壤的腐殖质组成,2.4 土壤有机质的作用和调节,2.4.1 土壤有机质的作用 2.4.2 土壤有机质的调节,2.4.1 土壤有机质的作用,1）在土壤肥力上的作用,（1）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。氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的92-98% 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
14、元素。,（2）促进植物生长发育,胡敏酸可以加强植物呼吸过程，提高细胞膜的渗透性，促进养分迅速进入植物体 。,胡敏酸钠盐对植物根系生长具有促进作用,土壤有机质中还含有维生素B1B2、吡醇酸和烟碱酸、激素、异生长素（吲哚乙酸）、抗生素（链霉素、青霉素）等对植物的生长起促进作用，并能增强植物抗性。,（3）改善土壤的物理性质,（4）促进微生物和动物的活动,土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源。,土壤动物中有的（如蚯蚓等）也以有机质为食物和能量来源。,（5）提高土壤的保肥性和缓冲性,土壤腐殖质有着巨大的比表面和表面能，具有 较强的吸附能力，腐殖质胶体以带负电荷为主，从而可吸附土壤溶液中
15、的交换性阳离子，因此，土壤有机质具有巨大的保肥能力。,腐殖酸本身是一种弱酸，腐殖酸和其盐类可构成缓冲体系，因此，使土壤具有较强的缓冲性能 。,（6）有机质具有活化磷的作用,土壤中的磷一般不以速效态存在，常以迟效态和缓效态存在，因此土壤中磷的有效性低。 土壤有机质具有与难溶性的磷反应的特性，可增加磷的溶解度，从而提高土壤中磷的有效性和磷肥的利用率。,注意:有机质在分解时，也能产生一些不利于植物生长或甚至有害的中间物质，特别是在嫌气条件下，这种情况更易发生 。,2）在生态环境上的作用,2.4.2 土壤有机质的调节,1）如何提高土壤有机质含 2）调节土壤有机质的分解速,一般在增加有机质的前提下，使土壤既有较强的矿质化过程，又有较强的腐殖化过程。只有这样，才能满足植物在连续生产中对土壤肥力的要求。,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。,1）如何提高土壤有机质含量？,（3）种植绿肥,2）调节土壤有机质的分解速率,一、名词概念土壤腐殖质、矿化作用、腐殖化作用、C/N比、激发效应 二、简述或论述 1.试述土壤有机质的转化过程。 2. 试述土壤腐殖酸的分离过程 。 3. 有机质对土壤肥力有哪些贡献？ 4. 生产实践中采用哪些措施提高土壤的有机质？,思考题,
