03章土壤有机质的测定(精选)

3―1第三章土壤有机质的测定主要内容：◎概述◎土壤有机质的测定要求：了解土壤有机质含量在肥力上的意义掌握土壤有机质含量的计算方法了解干烧法、湿烧法测定土壤有机质的方法掌握重铬酸钾容量法（外加热法）测定土壤有机质的原理、操作步骤及注意事项了解比色法测定土壤有机质的方法了解灼烧法测定土壤有机质的方法§3-1概述土壤有机质是土壤固相的组成分之一，尽管土壤有机质仅占土壤重量的很小一部分，但在土壤肥力、环境保护和农业可持续发展方面却具有十分重要的作用和意义。侯光炯教授：土壤是一个活的“有机体”，其中矿物质—骨骼，有机质—肌肉，孔隙—血管，水分—血液。土壤有机质含量变异性大（0.5%--30%)，通常将表层有机质含量20%的土壤称为有机质土壤，将表层有机质含量20%的土壤称为矿质土壤。一、土壤有机质的组成1.土壤有机质的元素组成主要元素组成为C（52-58%）、O（34-39%）、H（3.3-4.8%）和N（3.7-4.1%），其次为P和S，C/N≈10。2.土壤有机质的化合物组成主要化合物组成是木质素和蛋白质，其次是半纤维素、纤维素、乙醚和乙醇可溶性化合物（其中木质素和蛋白质高于植物组织，半纤维素和纤维素则明显降低）。3.土壤有机质的组成很复杂，包括三类物质：（1）分解很少，仍保持原来形态学特征的动植物残体；（2）动植物残体的半分解产物及微生物代谢产物；（3）有机质的分解和合成而形成的较稳定的高分子化合物——腐殖酸类化合物。分析测定土壤有机质含量，实际包括了上述全部2、3两类及第1类的一部分有机物质，以此来说明土壤肥力特性是合适的。二、土壤有机质的转化1.矿质化作用矿质化作用（有机质分解过程）——土壤中的有机物质在微生物作用下分解为简单化合物，并释放出矿质养分和能量的过程。矿质化系数（有机质分解速率）——土壤中每年因矿化作用而分解的有机质数量占土壤有机质总量的百分数。矿质化难易：淀粉、单糖、简单蛋白质粗蛋白质半纤维素纤维素脂肪、蜡质等木质素。2.腐殖化作用腐殖化是一系列极其复杂的过程的总称，主要是由微生物为主导的生物和生物化学过程以及一些3―2纯化学反应的过程，其整个作用过程目前尚未定论。腐殖化作用（腐殖质形成过程）——土壤中的有机质在微生物作用下形成具有复杂结构、高分子的腐殖质的过程。腐殖化系数（腐殖质形成速率）——单位重量新鲜有机质加入土壤后在微生物作用下所能形成腐殖质的重量。3.影响土壤有机质转化的因素（1）内在因素：残体的物理状态：新鲜多汁残体干枯残体，幼嫩组织残体老化组织残体，粉碎残体未粉碎残体残体的物质组成：残体中易分解化合物成分越多，越易于矿质化，但不利于腐殖化。残体的C/N比：据研究，微生物每同化1份N构成微生物机体，约需24份C（C/N=24/1）。当植物残体的C/N25/1时，微生物降解植物残体过程中释放的C和N不仅能满足微生物同化机体的需要，而且可释放出多余的矿质N素，提高土壤速效N含量。当植物残体的C/N25/1时，微生物降解植物残体过程中释放的C素充足，而N素不能满足微生物同化机体的需要，则要么出现微生物繁殖和植物残体的分解作用受到抑制，要么出现微生物与植物争夺土壤中的N素而导致土壤速效N的下降。激发效应：土壤中加入新鲜有机物质会促进土壤原有有机质的降解—正激发效应；（2）外在（环境）因素：土壤含水量和通气性：土壤含水量适当，通气良好，微生物活动旺盛，有利于有机质的降解。土壤温度：土壤微生物活动最适宜的温度为25--30℃，0--30℃范围内，有机质的分解随温度的升高而加快。土壤pH：微生物最适宜的土壤pH：细菌为6.5--7.5,放线菌偏碱性，真菌为3--6，土壤pH过低（5.5)或过高（8.5)均不利于微生物活动和有机质的降解。土壤质地：砂质土有利于土壤有机质的分解，粘质土则有利于土壤有机质的积累和腐殖质的形成。其它因素：土壤盐分浓度0.2%、重金属和芳香族化合物含量过高，微生物活动受抑制，有机质分解也必然受影响。4.土壤有机质的平衡与调控（1）土壤有机质平衡设土壤原有机质含量为A，原有机质矿化率为X%，单位时间（每年）施入土壤的有机质为D，其腐殖化率为Y%，激发效应忽略不计，则土壤有机质平衡式：土壤有机质量=A+D·Y%-A·X%=A（1-X%）+D·Y%土壤有机质量-A=D·Y%-A·X%OM=D·Y%-A·X%OM0，土壤有机质增加，增加型。OM=0，土壤有机质保持平衡，平衡型。OM0，土壤有机质降低，消耗型。作业1：有耕地2000亩，原有机质含量为1.5%，假设这片耕地只能靠冬种紫云英养地，当前每年冬种紫云英面积仅占耕地总面积的1/3，紫云英亩产量为1500kg，含水量为85%，土壤原有机质矿化率为3%，紫云英的腐殖化率为0.3，每亩土壤干土重为15万kg，激发效应忽略不计。请通过计算：说明该耕地土壤的有机质处于何种平衡状态？若要求土壤有机质维持平衡，应怎么办？若要求土壤有机质含量达2.00%，又该怎么办？（２）土壤有机质调控调控土壤有机质的矿化速率通过调节土壤湿度和通气状况、土壤酸碱度和有机质的C/N比，控制土壤微生物的活动，进而调控土壤有机质的分解速率。提高土壤有机质含量粮肥轮作：稻—紫云英、稻—豆科作物等轮作。广辟肥源，增施有机肥：施用粪肥、厩肥、饼肥、有机固废物、塘泥、氨化稻秆等。3―3提倡施用有机无机复混肥：施用专用有机无机复混肥。推广施用生物有机肥料：“超大”生物有机肥。三、土壤有机质的作用1.有机质在土壤肥力上的作用（1）提供土壤微生物活动所需的碳素和能量每亩施用干物质含量为20%的绿肥1500kg，可向土壤输入能量1.2-1.5×106千卡，相当于200-250kg的无烟煤。（2）提供植物生长所需的矿质养分我国土壤中80%以上的N、20-76%的P以有机态存在，随着土壤有机质的矿化而逐渐释放，此外，有机质还含有植物生长所需的其它矿质元素。（3）促进土壤养分的有效化有机质分解过程中产生的有机酸，通过酸溶作用可促进矿物的风化和养分释放，通过络合作用可增加矿质养分的有效性。（4）提高土壤的保肥供肥性和酸碱缓冲性腐殖质的CEC是粘土矿物的20-30倍，在矿质土壤中腐殖质对阳离子代换量的贡献占20-90%，故增加土壤腐殖质可显著提高土壤的保肥供肥性（尤其是我国南方土壤和砂质土）。腐殖酸是含有许多酸性功能团的弱酸，可通过酸基解离和胺基质子化提高土壤的酸碱缓冲性。（5）改善土壤的物理性状腐殖质在土壤团聚体形成及其稳定性方面具有重要的作用，可促进良好结构体（团粒）的形成，从而改善土壤的通气性、透水性、蓄水性及耕性腐殖质是一种亲水胶体，增加腐殖质含量可提高土壤的保水性。腐殖质是一种暗褐色物质，增加腐殖质含量可加深土壤颜色，促进土壤对太阳辐射能的吸收，从而改善土壤的热特性。（6）其它作用腐殖酸是一类生理活性物质，可加速种子发芽、增强根系活力，促进作物生长发育，此外，也可刺激微生物活动、提高土壤酶活性，促进土壤养分的转化。2.有机质在生态环境上的作用（1）有机质与重金属离子的作用土壤有机质对重金属离子的络合作用对土壤和水体中重金属离子的固定和迁移具有极其重要且复杂的影响，络合作用的结果既可提高某些重金属离子的活性和移动性，也可降低某些重金属离子的活性和移动性。腐殖质通过氧化还原作用，可改变重金属的形态，从而降低其毒性：Cr6+还原为Cr3+，V5+（钒）还原为V4+，Hg2+还原为Hg，U6+（铀）还原为U4+。（2）土壤有机质对农药等有机污染物的固定作用土壤有机质对农药等有机污染物具有强烈的亲和力，从而影响有机污染物在土壤中的生物活性、残留、降解、迁移和蒸发等（如富啡酸可促进农药从土壤向地下水迁移）。腐殖质作为还原剂而改变农药的结构，使其毒性降低或消失。（3）土壤有机质对全球碳平衡的影响土壤有机质是全球碳平衡过程中非常重要的碳库，据估计全球土壤有机质总碳量为14-15×1017g，约为陆地生物总碳量（5.6×1017g)的2.5-3倍。（4）土壤有机质对环境富营养化的影响通过提高土壤保肥性能，减少养分流失，防止富营养化。一、土壤有机质含量及其在肥力上的意义1.土壤有机质（OM）在肥力上的意义3―4（1）土壤有机质是各种营养元素特别是氮、磷的重要来源；（2）土壤有机质中所含的胡敏酸类物质，能刺激植物生长（3）土壤有机质具有较大的交换性能，使土壤具有一定的保肥能力和缓冲能力；（4）土壤有机质具有一定的胶结能力，从而促进了良好土壤结构的形成，对改善土壤的物理性状有重要意义；（5）土壤有机质是土壤微生物活动的碳源和能源。一般来说，土壤有机质含量的多少是土壤肥力高低的一个重要指标。2.土壤有机质含量我国耕地土壤有机质含量不高，为百分数量级，0.x%~x%，一般为1%~2%（10~20g∙kg-1）。影响土壤有机质含量的因素错综复杂。土壤有机质的消长，主要取决于生物积累和分解作用的相对强弱，主要受气候、植被、土壤质地、耕作制度等因素的影响，特别是水热条件对土壤有机质有显著的影响。（1）自然因素对土壤有机质含量的影响我国东北地区雨水充足，植物生长旺盛，而气温低，有利于土壤有机质的积累，如，东北的黑土有机质含量高达40~50g∙kg-1；由此向西北，雨水减少，植物生长量逐渐减少，土壤有机质的含量也逐渐减少，如，栗钙土为20~30g∙kg-1，棕钙土为20g∙kg-1，灰钙土为10~20g∙kg-1；向南雨水多、温度高，虽然植物生长茂盛，土壤有机质的分解作用增强，如，黄壤和红壤有机质含量一般为20~30g∙kg-1。（2）土壤质地砂土有机质含量比粘土低。（3）人为活动在同一地区，耕种土壤有机质含量比未耕种土壤要低得多。土壤有机质含量与土壤全氮量之间有一定的相关性。从教材PP.26表3-1和PP.27表3-2可以看出，土壤有机质含量与土壤总氮量之间呈正相关关系，相关系数r都在0.9以上，回归相关性达显著水平。所以，可从有机质的测定结果来估计土壤的全氮量。土壤有机质一般含氮5%左右。土壤全氮量(g∙kg-1)=土壤有机质(g∙kg-1)×0.05~0.06Ⅲ.土壤腐殖物质及其性质一、土壤腐殖物质的组分及其分离土壤腐殖物质的组分土壤腐殖物质的分离（1）腐殖物质与土壤矿物质紧密结合而形成有机无机复合体，不易分离。（2）腐殖物质与非腐殖物质紧密结合，难于分离。（3）任何提取溶剂均会引起土壤腐殖物质某种程度的变性。二、土壤腐殖物质的结构土壤腐殖物质的结构特征腐殖酸是高分子聚合物，其分子结构十分复杂，目前对其结构的认识还很不清楚。腐殖酸结构=芳香族结构+脂肪族侧链三、土壤腐殖物质的性质腐殖酸的物理性质分子量—高分子化合物，数均分子量=675～2550。形状—非晶质，因溶液pH、浓度而呈线状～球状。直径大小--1微米。比表面—远大于粘土矿物，高达2000平方米/克。3―5带电性—两性胶体，通常带负电荷。吸水性—亲水胶体，具强大的吸水能力，最大吸水量可超过其本身重量的500%颜色—黄色～黑色腐殖酸的化学性质元素组成土壤腐殖酸的主要元素组成：C、H、O、N、S、P等。土壤腐殖酸的其它元素组成：Ca、Mg、Fe、Si等。含C量=55～66.8%（58%）含N量=1.3～6%（5.6%）含O量=32～38%（35%）含H量=3.1～7.0%(6.0%)平均C:N=10:1～12:1平均C:N:P:S=100:10:1:1～120:10:1:1功能基团含氧酸性功能基团：羧基（R-COOH）、酚羟基（酚-OH）中性功能基团：醇羟基（R-CH2-OH）、醚基（R-CH2-O-CH2-R）、酮基（R-C=O（-R））、醛基（R-C=O（-H））和酯基（R-C=O（-OR））。碱性功能基团：胺基（R-CH2-NH2）和酰胺基（R-C=O（-NH-R））。阳离子代换量（CEC）以单位重量计算，CEC=500--1200cmol/kg,以单位体积计算，CEC=40--80cmol/L。二、土壤有机碳不同测定方法的比较和选用关于实验室测定土壤有机质含量的方法很多，一般采用测定土壤有机碳含量然