第二章-土壤有机质

第二章土壤有机质【教学目标】1.土壤有机质概述2.土壤有机质的转化3.土壤腐殖质的形成4.土壤有机质对土壤肥力的影响5.提高土壤有机质的原则和途径第二章土壤有机质(soilorganicmatter)概念：土壤有机质(soilorganicmatter)土壤有机质是指存在于土壤中的所有含碳的有机物质，它包括土壤中各种动、植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机物质。土壤有机质0.5%5%0.5-2.0%7%第一节土壤有机质的来源、含量及其组成一、土壤有机质的来源微生物动物来源植物来源工农业副产品二、含量及组成1、有机质含量一般含量在0-5%之间。泥炭土可高达20%或30%以上漠境土和砂质土壤不足0.5%有机质土壤：耕层含有机质20%以上的土壤。矿质土壤：耕层含有机质20%以下的土壤。表2-1不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量有机质含量（%）地区旱地水田东北平原4.454.96黄淮海平原0.991.27长江中下游平原1.742.74南方红壤丘陵1.652.52珠江三角洲平原2.012.732、有机质的组成(1)化学元素组成土壤有机质的基本元素组成是C、H、O、N，C/N比大约在10~12之间。2、有机质的组成(2)化合物组成可分为:腐殖物质（HumicSubstance)非腐殖物质（Non-HumicSubstance)常见的化合物有纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类。土壤腐殖质是除未分解和半分解的动、植物残体及微生物体以外的有机物质的总称。2、有机质的组成(3)存在形态：•动、植物残体•半分解的动、植物残体•腐植物质第二节土壤有机质的分解和转化•一、简单有机化合物的分解和转化•有机质的矿化(Mineralization)过程：有机化合物进入土壤后，在微生物酶的作用下发生氧化反应，彻底分解而最终释放出二氧化碳、水和能量，所含氮、磷、硫等营养元素在一系列特定反应后，释放成为植物可利用的矿质养料。•有机质的矿化过程：•R—（C，4H）+2O2CO2+2H2O+能量•腐殖质化:(Humification)过程：各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中的聚合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化合物。•二、植物残体的分解和转化•第一阶段：植物残体矿化•第二阶段：残留在土壤中的植物残体碳相对缓慢分解•三、土壤腐殖质的分解和转化•第一阶段：腐殖质经降解，整个复合体解体•第二阶段：释放的简单有机物质被分解和转化•第三阶段：脂肪被分解，被释放的芳香族化合物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•（一）、温度•（二）、土壤水分和通气状况•（三）、植物残体的特性•（1）、（C/N）•（2）、激发作用（Primingeffect)（效应）：土壤中加入新鲜有机质会促进土壤原有有机质的降解，这种矿化作用称之为新鲜有机质对土壤有机质分解的激发作用（效应）。•激发效应可以是正、也可以是负。•（四）土壤特性1、质地粘粒含量越高，有机质含量也越高。2、pH值中性、钙质丰富较好，pH6.5-7.5。3.水分最适湿度：土壤持水量的50-80%低洼、积水有利于有机质的积累4.通气性通气不良易有机质累积5.温度最适宜温度大约为25-35°C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，还产生CH4、H2等还原性物质，其中的养料和能量释放很少，对植物生长不利。注意第三节土壤腐殖物质的形成和性质一、土壤腐殖物质的形成二、土壤腐殖质-粘土矿物复合体游离态很少结合态52%-98%腐殖质土壤有机无机复合体示意图三、土壤腐殖酸的分组目前常用的提取剂（1）0.1MNaOH溶液（2）0.1MNaOH+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，富啡酸呈淡黄色，胡敏酸呈褐色2、溶解性富啡酸溶于水、酸、碱；胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱；富啡酸的一价、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%（二）腐殖酸的化学性质１、腐殖质的组成胡敏素胡敏酸富啡酸腐殖质２、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。3、含氧功能团羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。腐殖质的含氧功能团含量（cmol(+)/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，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。5、腐殖酸的电性腐殖酸是一种两性胶体。即可以带负电荷，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值的升高而升高。(三)、腐殖质的分子结构特征（1）腐殖酸的分子量有较大的差异。（2）腐殖酸的分子形状pH2-3纤维、纤维束状4-7网状、海绵状8-9页状10粒状胡敏酸的3D优化结构模型（3)腐殖质的稳定性与变异性A、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，而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。B、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。一般我国北方的土壤，特别干旱区与半干旱区的土壤腐殖质以胡敏酸为主，HA/FA比大于1.0而在温暖潮湿的南方的酸性土壤中，土壤中以富里酸为主，HA/FA比一般小于1.在同一地区，水稻土的腐殖质的HA/FA比大于旱地。在同一地区，熟化程度高的土壤的HA/FA比较高。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1.35×1011吨，相当于陆地植物的需要量（二）改善土壤肥力特性1、物理性质：①促进良好结构体形成；②降低土壤粘性，改善土壤耕性；③降低土壤砂性，提高保蓄性；④促进土壤升温。2、化学性质：①影响土壤的表面性质；②影响土壤的电荷性质，③影响土壤保肥性；④影响土壤的络合性质；⑤影响土壤缓冲性3、生物性质：①影响根系的生长；②影响植物的抗旱性③影响植物的物质合成与运输；④药用作用。二、有机质在生态环境上的作用（一）有机质对重金属离子的作用腐殖酸是重金属离子的络合剂。以Cr3+为例。（二）有机物质对农药等有机污染物的固定作用（三）土壤有机质对全球碳平衡的影响一个碳原子的旅程据Garrels等（1975)计算：•在大气圈中停留4年；•在生物圈中停留11年；•在海洋上层水域停留385年；•在深海中停留10万年；•在地壳中停留3.42×108年。三、土壤有机质的管理土壤有机质（碳）的动态平衡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。如何提高土壤有机质含量？1、坚持两个原则平衡原则经济原则2.提高有机质含量的措施腐殖化系数：是单位重量的有机质碳在土壤中分解一年后的残留碳量。（1)合理耕作制度（退化或熟化）合理的耕作制度可促进土壤有机质含量的提高并维持较高的水平。表2-5中国不同地区耕地土壤中有机物质的腐殖化系数东北地区华北地区江南地区华南地区作物秸杆作物根绿肥厩肥范围平均范围平均范围平均范围平均0.26-0.650.42(9)0.30-0.960.60(5)0.16-0.430.28(14)0.28-0.720.46(11)0.17-0.370.26(33)0.19-0.580.40(14)0.13-0.370.21(46)0.28-0.530.40(21)0.15-0.280.21(53)0.31-0.510.40(54)0.16-0.370.24(33)0.30-0.630.40(38)0.19-0.430.34(18)0.32-0.510.38(14)0.16-0.330.23(31)0.20-0.520.31(8)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、施用有机肥3.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、化肥施用量等什么叫有机农业？欧洲把有机农业描述为，一种通过使用有机肥料和适当的耕作和养殖措施，以达到提高土壤的长效肥力的系统。有机农业生产中仍然可以使用有限的矿物物质，但不允许使用化学肥料。通过自然的方法而不是通过化学物质控制杂草和病虫害。“有机农业”是指遵照有机农业生产指标，在生产中采用基因工程获得的生物及其产物，不使用化学合成的农药、化肥、生长调节剂、饲料添加剂等物质，而是遵循自然规律和生物学原理，协调种植业和养殖业的平衡，采用一系列可持续发展的农业技术，维持持续稳定的农业生产过程。第二章土壤有机质(soilorganicmatter)【本章小结】土壤有机质概述1．了解不同地带土壤有机质含量的差异及其影响因素。2．了解自然土壤与耕作土壤有机质来源的异同。3．掌握土壤有机质与土壤腐殖质概念，二者有何异同。4．熟悉土壤有机质的基本组成，包括化学组成、化合物组成和形态特征。土壤有机质的转化1．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。2．理解影响有机物质在土壤中转化的推动力是微生物的含义。土壤腐殖质的形成1．了解腐殖质形成过程的两个阶段的内容及相互关系，组成土壤腐殖质最基本的物质有哪些？2．掌握土壤腐殖质的组分、所带功能团对各组分性质产生的影响。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。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。1.土壤有机质2.土壤腐殖质3.矿化作用4.腐殖化作用7.腐殖化系数8.C/N9.腐殖酸10.胡敏酸11.富啡酸12.激发效应1.什么叫土壤有机质?包括哪些形态?其中哪种最重要?2.增加土壤有机质的方法有哪些?你认为最有效是哪种?3.叙述土壤有机质在土壤肥力上的意义和作用?4.水田的腐殖质含量一般比旱地高?为什么?5.影响土壤有机质转化的条件是什么?其中最主要的条件是哪一种?为什么?(一)基本概念(二）问答题