第三章土壤有机质

第三章土壤有机质第一节土壤有机质来源、含量、组成第二节土壤有机质的分解和转化第三节土壤腐殖物质的性质第四节土壤有机质的作用及管理本章教学要求1、了解土壤有机质来源、含量、组成2、了解土壤有机质的分解和转化3、掌握土壤腐殖物质的理化性质4、掌握土壤有机质在土壤肥力和环境中的作用第一节土壤有机质的来源、含量及其组成一、土壤有机质的来源土壤有机质是指存在于土壤中的所有含碳的有机物质，包括土壤中各种动物、植物残体，微生物体和腐殖质。自然土壤，土壤有机质是主要来自自然植被。耕种土壤（农业土壤），主要来自作物根茬和施肥。稻麦轮作：根1620，茬1458，合计3078kgkm-2，205kg/亩第一节土壤有机质的来源、含量及其组成二、土壤有机质的含量土壤有机质含量差异很大，农田旱地14g/kg左右，水田20g/kg左右。≥200g/kg有机土壤200g/kg矿质土壤第一节土壤有机质的来源、含量及其组成三、土壤有机质的组成（一）元素组成：C、O、H、N分别52—58%，34—39%，3.3—4.8%3.7—4.1%，其次为P、S，C/N约为10左右，还含有各种微量元素（二）物质组成1、动植物残体6—20%2、微生物体1.5—4%3、土壤腐殖质80%以上，土壤腐殖质由土壤非腐殖物质和土壤腐殖物质所组成。（1）土壤非腐殖物质（简单有机化合物）主要是多肽、蛋白质、碳水化合物、木质素、脂肪、简单有机酸、色素等，它们是未分解或半分解的动植物残体的中间分解产物和微生物生命活动的代谢产物。（2）土壤腐殖物质土壤腐殖物质是一类特殊的，不是在活的细胞中形成的，颜色由黄至暗棕色的天然有机化合物，分子量在几百到十万之间，是土壤有机质的主体。由腐植酸和胡敏素组成。腐植酸：胡敏酸、富啡酸胡敏素第二节土壤有机质的分解和转化一、矿化作用（一）土壤有机物的矿化1、有机碳化合物——CO2和H2O，在通气不良土壤中，还有甲烷；2、有机氮化合物——NH4+;3、有机磷化合物——H3PO4；4、有机硫化合物——H2SO4，在嫌气条件下，SO42-被嫌气细菌还原为硫化氢或硫化物。以上为矿化作用的最终产物，还有许多中间产物。第二节土壤有机质的分解和转化（二）影响矿化速率的因素矿化作用的强弱用矿化速率表示单位质量的土壤或底物在单位时间内释放出的CO2、（或NH4+、SO42-、PO43-）的量。1、有机物质的化学组成（简单有机化合物、复杂有机化合物）和存在状态（游离态、结合态）2、水分，土壤含水量为-20—-50千帕时有机质矿化率高3、温度，10-40℃范围内，矿化率随温度升高而增大4、pH，5.5-8范围内，矿化率高5、氧气，影响矿化率和产物6、植物残体的特性，如干湿、粗细、C/N等。第二节土壤有机质的分解和转化7、C/N对土壤有机质矿化的影响有机质中有碳与氮素的质量比值（有机C、N、重量比值）不同植物，差异很大。小麦秸杆C%=38N%=0.5C/N=80/1堆肥C%=40N%=2.5C/N=16/1细菌C%=50N%=10C/N=5/1豆科秸秆C/N=20:1—30:1微生物以有机质为食物在分解有机碳时，一部分被微生物吸收转化为自身的细胞组织，一部分被氧化成CO2和H2O，放出其中的能量供微生物活动需要，同时还要吸收一定的N素来合成自身组织。细菌C/N为5:1，同化一份有机碳时，还要4份碳作能量消耗，所以，在细菌的生命过程中，需要有机质的C/N为25:1。若有机质C/N25:1—30:1，微生物分解有机质时就会产生N素供应不足，从而降低微生物分解有机物的速度，同时迫使微生物从土壤中吸取N素，与作物争氮，作物变黄、减产。若土壤有效氮少，微生物活性就会严重降低。若有机质C/N25:1—30:1，有机质分解不会受抑制，作物不会争氮与作物。第二节土壤有机质的分解和转化（三）有机质矿化作用的意义（1）提供各种养分，特别是N、P，有机氮的矿化量是决定作物产量的主要因素（2）有机质过渡矿化，造成土壤性质恶化，增加大气二氧化碳浓度，挥发的氨会转化为氧化亚氮，危害臭氧层。第二节土壤有机质的分解和转化二、腐殖化作用动、植物残体在微生物作用下，通过生物化学和化学作用，变为腐殖物质的过程。1、多酚和含氮化合物的缩合反应。2、木质素与含氮化合物的缩合反应。3、糖与胺缩合反应。一、土壤腐殖质组分的分离除去动植物残屑的细土样品溶液黑色残余物用NaOH稀液浸提过滤酸化过滤黄色溶液褐色沉淀黄腐酸(富里酸)褐腐酸(胡敏酸)黑腐素(胡敏素)吉马多美朗酸用乙醇溶解第三节土壤腐殖物质性质二、土壤腐殖酸的性质（一）溶解性：胡敏酸可溶于碱，但不容于水和酸；一价盐溶于水，二、三价盐难溶于水。富啡酸可溶于水、酸、碱。一、二价盐溶于水，三价盐难溶于水。第三节土壤腐殖物质性质第三节土壤腐殖物质性质（二）物理性质1、分子量大，变动在数百到数百万，常为数百到数千。胡敏酸高于富啡酸。2、形状多样，如卷曲球状、棒状，分子结构内部有许多交联结构，整体结构不紧密，非晶质，比表面大。3、是亲水胶体，吸水能力强，吸水量是硅酸盐粘土矿物的4-5倍。4、整体颜色为黑褐色，富啡酸颜色较淡，呈黄色，胡敏酸颜色较深，为棕黑色第三节土壤腐殖物质性质（三）土壤腐殖酸的化学性质1、主要元素组成，C、H、O、N、S、P，平均含碳58%，C/N为10—12：1，富啡酸的O2、S含量高于胡敏酸。2、含有羧基、酚羟基、醇羟基等多种功能基，负电荷量大，主要为可变电荷，富啡酸的总酸度高于胡敏酸。3、具有多种活性，如离子交换、络合作用、缓冲功能等富里酸分子结构示意图胡敏酸分子结构示意图第四节土壤有机质的作用和管理一、土壤有机质在土壤肥力上的作用（一）提供植物养分。16种。土壤有机质含有多种植物营养元素，既有大量元素，也有微量元素。表土中80%以上的氮，20—80%的磷存在于土壤有机质中，水稻、小麦一生所需的氮有50%左右来自土壤有机氮的矿化。有机质矿化还可产生大量CO2。有机质分解过程中产生的各种有机酸，通过溶解、络合等作用，使土壤矿质态无效养分变为有效养分，活化，增加其有效性。第四节土壤有机质的作用和管理（二）改善土壤物理性质。1、促进良好结构的形成。土壤有机质，特别是多糖和腐殖质是土壤结构的胶结剂。通过改善土壤结构，提高土壤团聚体的数量和稳定性，从而使土壤的持水能力提高，温度稳定，通气透水性协调。2、降低土壤粘性和砂性，改善土壤耕性，增强土壤保水性能3、有机质中富含热量，颜色深暗，利于提高地温第四节土壤有机质的作用和管理（三）提高土壤的保肥和缓冲能力。1、腐殖酸及其盐可组成强的缓冲体系，增强土壤的缓冲能力。2、腐殖质是有机胶体，带有许多功能团，增加土壤的负电荷量，保持阳离子能力增强。（四）生理活性胡敏酸和富啡酸在一定浓度时都可以刺激植物的根系生长，植物吸收腐殖质中的多元酚和醌，促进植物体氧化还原作用，提高植物呼吸强度。（五）有机质是土壤微生物的主要能量来源物质，没有土壤有机质，就不会有土壤中的生物化学过程。第四节土壤有机质的作用和管理二、有机质在生态环境上的作用（一）土壤腐殖含有多种功能基，这些功能基对重金属离子有较强的络合和富集能力，通过络合和富集，可以使土壤中的重金属离子被固定，减少重金属离子向植物体的富集。（二）土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的亲和力，对有机污染物在土壤中的生物活性、残留、生物降解、迁移等过程有重要影响。（三）土壤有机质是全球碳平衡过程中非常重要的碳库，对全球碳平衡有重要影响。（四）有机质是土壤微生物的主要能量来源，没有土壤有机质，就不会有土壤中的生物化学过程，因而对土壤生态环境产生影响。第四节土壤有机质的作用和管理三、土壤有机质的管理1、施用有机肥料2、秸秆还田3、种植绿肥4、合理耕作、轮作5、合理使用化肥