1.2土壤有机质

第二节土壤有机质土壤有机质0.5%5%0.5-2.0%7%一、土壤生物二、土壤有机质来源及其组成和存在形态三、土壤有机质的转化及其影响因素四、土壤腐殖质的组成和性质五、土壤有机质的作用六、土壤有机质的调节第二节土壤有机质一、土壤生物土壤生物包括生活在土壤中的动物、植物和微生物。动物微生物原核微生物真核微生物非细胞型生物细菌、放线菌真菌、藻类、原生动物蚯蚓线虫其他土壤中的各种生物是土壤中多种生物过程的驱动力。病毒二、土壤有机质来源及其组成和存在形态（一）土壤有机质土壤中存在的各种含碳的有机化合物，包括各种动、植物残体、微生物体及其分解合成的有机物质。1.来源于数目众多微生物2.来源于各种动植物残体及其它们的代谢物3.来源于施入的各种有机肥（二）土壤有机质的来源（三）土壤有机质的类型依据有机物质的分解阶段和存在物理形态分为：（1）未分解的动植物残体（原材料）（2）半分解的有机质：成为暗褐色小片（3）腐殖质：有机质经过微生物分解和再合成所形成的一类性质稳定，成分、结构其复杂的高分子化合物。（占土壤有机质的90%）（四）土壤有机质化学组成（1）碳水化合物：单糖、多糖、淀粉、纤维素、果胶物质等（2）木质素：比较稳定，是形成腐殖质中心核的原始材料（3）含氮化合物：蛋白质、多肽、氨基酸（4）脂溶性物质：如树脂、单宁、腊质等三、土壤有机质的转化及其影响因素有机残体矿化作用mineralization腐殖化作用humification各种动、植物有机残体进入土壤后，在水分、温度、土壤微生物等因素的作用下，发生极其复杂的变化过程（土壤有机质的转化过程），这些过程总的来说是向着两个方向进行：（一）土壤有机质的矿化作用1.矿化作用的概念：有机物质在微生物的作用下分解成简单的无机化合物，并释放出矿质营养的过程2.矿化作用的意义（1）为作物生长释放出了营养元素---有效化过程（2）为腐殖质形成提供了基本材料，成为腐殖化的前提。3.各种物质矿化作用（1）糖类有机物质矿化：多糖单糖CO2+H2O+heat(多）好气条件下有机酸——heat（少）半嫌气条件CH4、H2、H2S+heat（极少）嫌气水解酶作用己糖淀粉半纤维素纤维素；糖类物质的分解是土壤中生物活动的主要能源（生物热）。（4~5千卡热/g有机物）（2）含氮物质的分解蛋白质多肽氨基酸氨NH3硝酸根NO3-蛋白酶肽酶氨化细菌硝化细菌水解作用（hydrolyzation)氨化作用(ammonification)硝化作用（nitrification)任何条件下好气条件下（3）含磷和硫化合物的分解含磷和硫化合物的分解正磷酸盐H2PO4-、HPO4=、PO43－、正硫酸盐HSO4-、SO4=好气条件偏磷酸盐和次磷酸盐H3PO3、H3PO2、H3P气体H2S(黑根、毒害）嫌气条件（二）土壤有机质的腐殖化作用1.腐殖化概念腐殖化：有机物质在分解转化过程中，又重新合成腐殖质的过程。腐殖化过程也就是有机碳从一种有机碳形式转化为另一种有机碳形式，也叫有机碳的周转。它是一种极端复杂的生物过程。2.土壤腐殖化过程---腐殖质的形成过程（假说阶段）腐殖化过程是以微生物为主导的生物和生化过程，还有一些纯化学过程。土壤腐殖质的形成阶段：第一阶段：微生物将动植物残体转化为腐殖质的组成成分；第二阶段：在微生物的作用下，各组成成分合成（缩合作用）腐殖质。土壤有机物质分解转化是在微生物的作用下进行的，属于生物化学反应。1.温度:在0～35℃范围内，随着温度升高，有机物质分解速率增加。每上升10℃，土壤有机质分解速率升高2～3倍。温度高于45℃和低于0℃微生物的活性都会降低，有机物质分解速率变慢。高于50℃就是纯氧化反应。南方土壤有机质含量低于北方土壤原因：温度增加10℃，有机质分解速率增加2～3倍。（三）影响土壤有机质分解和转化的因素2.土壤水分（通气性）：微生物生命活动需要一定的湿度条件和通气条件。如果适度湿润且通气良好，土壤中的好气微生物活动旺盛，有机物质进行着好气分解，分解速度快、分解完全、矿化率高、中间产物少、养料释放多、不会产生有毒物质；如果湿度过大，水分堵塞了土壤孔隙，使通气状况受阻，嫌气微生物活动旺盛，有机物质分解慢、不彻底、有中间产物累积、释放还原性气体、产生环境效应、也影响植物生长。水田不宜提倡秸秆还田，不用以牺牲环境为代价，换取增产.3.土壤特性：主要是指土壤的pH条件。各类微生物最适活动的pH条件：细菌—中性；放线菌—偏微碱性；真菌—酸性pH3～6；土壤pH高于8.5和低于5.5，都不适宜微生物活动。绝大多数微生物最适pH条件为中性。4.植物残体的特性：主要是有机物的物理状态和组成，包括：新鲜程度、细碎程度、植物组织的C/N以上是依据腐殖酸类物质溶解性进行分类与提取请注意三大类腐殖组分，尤其是胡敏酸（HA）和富啡酸（FA）土壤用稀碱（NaOH）去除了动植物残体细土样溶液（腐殖酸）Humicacids黑色残余物(黑腐素、胡敏素）humin酸化（HCl）黄色溶液（黄腐酸、富里酸、富啡酸）Fulvicacid，FA褐色沉淀(褐腐酸、胡敏酸)humicacid，HA水浮选、手挑、静电吸附或采用比重1.8或2.0重液浮选（轻组）（一）土壤腐殖质分离与组成四、土壤腐殖质（二）土壤腐殖质的性质1、腐殖质的元素组成腐殖质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。腐殖质含碳约55～60％，所以，一般以腐殖质分子的平均含碳量58%作为有机碳和腐殖质的换算系数（1.724=100/58）。腐殖质含氮约3～6％，平均为5.6％，其C/N=10:1～12:1，且在不同的腐殖质中均为：胡敏素胡敏酸富啡酸。腐殖酸C（%）H（%）（O+S）（%）N（%）分子量胡敏酸富啡酸50~6045~533.1~5.34.0~4.831~4040~502.8~5.91.6~4.3890~2550675~1450我国土壤腐殖质的元素组成（南京土壤研究所）2、腐殖质的化学结构分子结构非常复杂，有许多模式，但相对统一的认识是中心为芳香核（疏水性基团），周围有许多支链化合物（有许多功能团）成为网状结构特征。功能基团包含有：羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。这些基团成为腐殖质分子活性最强的部分，如带电性、吸附性、亲水性等。种类羧基酚羟基醇羟基醌基酮基甲氧基总酸度HA15-5721-572-491-261-53-867FA55-1123-5726-953-2012-273-12103腐殖质的含氧官能团含量（mmolM＋）.kg-13、腐殖质的分子形状：多数人认为是网状多孔结构.现代用电子显微镜观察发现，腐殖质为非晶质物质，分子结构非常松散。大致呈无规则线状，其结构受pH、溶液电解质浓度的影响极大。pH2-3纤维、纤维束状pH4-7网状、海绵状pH8-9页状pH10粒状HA的3D优化结构模型4、带电性：属于两性胶体。在酸性情况下带负电荷，碱性情况下带正电荷。电荷来源主要是腐殖酸分子羟基解离和胺基质子化。带电量为500～1200cmol/kg，随pH升高而升高。5、溶解性：腐殖质是一种弱酸，可溶于碱溶液而生成腐殖酸盐。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。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，富啡酸的平均停留为200-630年。8、稳定性：7、吸水性：是一种亲水胶体，最大吸水量可以超过500%6、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。土壤有机质含有大量而全面的植物养分。1.碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础；2.氮素营养：土壤有机质中的氮素占土壤全氮的90-98%；3.磷素营养：土壤有机质中的磷素占土壤全磷的20-50%；4.其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素；5.腐殖酸的络合和螯合，防止了某些金属如Cu、Zn沉淀，提高了有效性；6.有机酸促进了矿物风化、溶解释放其养分。有机物质是多元素的长效肥五、土壤有机质的作用（一）提供作物需要的各种养分A.在土壤肥力方面的作用土壤有机质能为微生物生活提供能量和养分，同时又能调节土壤水、气、热及酸碱状况。因此，含有机质较多的土壤，常能促进土壤微生物的旺盛繁育，促进土壤中养料的转化，增强土壤的生物活性，使土壤具有较高的肥力。（二）促进土壤微生物的活动1.促进良好结构体形成。新鲜有机质是土壤团聚体主要的胶结剂，在钙离子的作用下，能够形成稳定性团聚体。2.增加土壤粘结性、粘着性、胀缩性和可塑性，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。腐殖质颜色深，能吸收大量的太阳辐射热，同时有机质分解时也能释放热，所以有机质在一定条件下能提高土壤温度。（三）促进团粒结构形成，改善物理性质腐殖质本身疏松多孔,具有很强的蓄水能力。土壤中的粘粒吸水力一般为50％～60％，而腐殖质可高达400％～600％。土壤腐殖质表面功能团可以解离带有负电，因而可以吸附大量的阳离子型养分，避免了水流淋失，但可以通过离子交换从腐殖质表面解吸下来，供作物吸收利用。土壤有机质有很高的阳离子交换量，能显著提高土壤对酸碱的缓冲性。（四）增强土壤的蓄水保肥能力和缓冲性1.能改变植物体内糖类的代谢，促进还原糖的积累，提高细胞渗透压，从而增加植物的抗旱力。2.能促进过氧化酶的活性，加速种子发芽和养分吸收过程，从而增加植物的生长速度。3.胡敏酸具有芳香族的多元酚官能团，可以加强植物的呼吸过程，提高细胞膜的透性，促进养分进入植物体，还能促进新陈代谢，细胞分裂，加速根系和地上部分的生长。（五）促进植物的生长、提高植物的抗逆性（一）有机质对重金属污染的影响腐殖酸是重金属离子的络合剂。（二）有机物质对农药污染的影响胡敏酸可使残留在土壤中的某些农药如D.D.T、三氮杂苯等溶解度增大，加速淋出土体，减少对农作物危害。（三）土壤有机质对全球碳平衡的影响土壤有机质是全球碳循环系统中非常重要的碳库，在全球碳平衡链条中占据极其重要的地位。B.有机质在生态环境上的作用1.生态平衡原则在各种环境条件下，土壤有机质矿化和腐殖化处于相对平衡状态，故土壤有机质含量一般是相对稳定的；在特定的气候带，特定植被条件下，土壤有机质积累到一定数量时，将保持较稳定的数值，不可能上升到惊人的水平；有机质含量下降要比提高快。(东北黑土开垦后退化)2.经济原则超量使用有机肥或其它大量的有机物质是不现实的、更是不经济的，必须按照经济原则培肥土壤。（有机无机并重）六、耕地土壤有机质的调节（一）提高土壤有机质含量的原则1.增加土壤有机质的措施（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）种植绿肥田菁、紫云英、紫花苜蓿等（1）休闲绿肥（2）粮肥间套因地制宜、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（二）提高有机质含量的措施2、调节土壤有机质的分解速率（1）调节土壤水、气、热状况，控制有机质的转化通过灌排、耕作等措施，如：秸秆覆盖、薄膜覆盖、旱地改水田等都可显著增加土壤有机质含量。（2）合理的耕作和轮作制度与单一作物连作相比，实行绿肥或牧草与作物轮作可显著提高土壤有机质含量。（3）调节碳氮比率和土壤酸碱度调节土壤微生物的活性。(一)基本概念1.土壤腐殖质2.矿化作用3.腐殖化作用4.土壤有机质(二）问答题1.什么叫土壤有机质?包括哪些形态?其中哪种最重要?2.土壤有机质的分解转化过程及其影响因素是什么？3.增加土壤有机质的方法有哪些?你认为最有效是哪种?4.叙述土壤有机质在土壤肥力上的意义和作用?思考题