第三章 土壤 生物和有机质.doc

第三章 土壤生物和土壤有机质主要教学目标：本章属于土壤生物化学性质的范畴。通过学习了解土壤有机质的实质，掌握土壤有机质在园林生产中的作用。第一节 土壤生物一、林木根系1、根的种类 水平根、垂直根、斜生根、下垂根、下斜根。2、根系类型水平根型：水平根占优势；垂直根型：垂直根发达； 斜生根型：主要为斜生根，如刺槐。复合根型：各类根的发育程度相近变态根型：由外界特殊条件如人为的影响产生的。在容器中育苗所形成的根属变态根型。 二、土壤动物三、土壤微生物 在土壤中数量最高，如一般土壤中细菌为10710 8个/g土真菌10510 6个/g土，放线菌10610 7个/g土，藻类10410 5个/g土。他们和蚯蚓一起在土壤总的代谢活性中起重要的作用。1、细菌（1）根据生理作用分类：可分为 碳水化合物分解细菌分解糖、淀粉、纤维素等； 氨化细菌有机含N化合物中的N素，通过氨化细菌的作用转化形成氨； 硝化细菌氨经硝化细菌作用转化为亚硝酸，然后转化为硝酸。 反硝化细菌硝态氮在反硝化细菌作用下，使硝酸还原成还原态氮。 固N细菌从大气中固定N素合成含N化合物。（2）根据营养方式分类 分为自养和异氧细菌。在异养方式中分好氧和厌氧型。2、真菌：对酸度的适应范围较宽，在pH4时也能生长。在森林土壤和酸性环境中，是分解土壤有机质的主要微生物类群。有些真菌能在一些根上发育，共同发育成菌根。现已查明有2000种植物与真菌共生形成菌根。根据菌根的形态结构，可分为外生菌根和内生菌根。松柏科、桦木科、壳斗科、杨柳科、胡桃科等许多森林乔木的根上都生有外生菌根，大豆、玉米、棉花、马铃薯、胡萝卜等生有内生菌根。 3、放线菌：属单细胞微生物，在土壤中以菌丝体存在，大量出现在分解的有机物上。有些嗜热性的放线菌属能耐高温（5065），普遍存在于土壤、肥料及发热的干草和堆肥中。在已知的放线菌中，约有50%能产生抗菌素，具有抑制其它细菌的能力。“5406”抗生菌肥料，属于放线菌肥料。在生态学应用方面观察到，在有几丁质存在时，有利于放线菌的发育，而且能显著地抑制引起高等植物病害的真菌。4、藻类：是含叶绿素的低等植物，有些能进行光合作用，自身合成有机质，它们主要生活在土壤表层。地表藻类能够和土壤颗粒粘结在一起，增加土壤表面的强度，可使土壤侵蚀明显减轻。另外蓝绿藻可固定N素。第二节 土壤有机质的来源、组成和类型一、 什么是有机质广义：包括一切生物体极其分解或合成的各种产物。狭义：通过微生物转化合成的有机物质即腐殖质。二、 来源 最重要的是高等植物的枯枝落叶、茎、根系、花果等残体。三、 有机质的类型 广义的有机质包括2大类：一是非特殊性有机质生物遗体及其分解的中间产物。二是特殊性有机质腐殖质四、非特殊性有机质的化学成分 1、单糖和有机酸；2、多糖类：淀粉、半纤维素、纤维素等。3、蛋白质；4、木质素；5、单宁、脂肪、蜡质、树脂 6、灰分物质植物体经过灼烧后残留的无机物，主要元素有Ca、Mg、K、Na、S、P、Fe等。第三节 土壤有机质的转化是本章的重点。有机质的转化过程包括：矿质化过程和腐殖化过程一、矿质化过程复杂的有机质经过微生物的分解作用，最终形成简单的无机物质如水、二氧化碳、硫酸盐、硝酸盐等。1、单糖的分解：在有氧条件下彻底分解，形成二氧化碳和水，在缺氧条件下，形成有机酸类的中间产物，并产生还原性的甲烷及氢气等。2、纤维素的分解：首先分解为单糖，然后进一步分解。3、含氮有机质的分解： 主要是蛋白质的分解，是土壤氮素循环的主要过程。包括4个过程：（1）水解过程：蛋白质在水解酶作用下分解成简单的氨基酸；（2）氨化作用：在氨化细菌作用下，有机态氮变成无机态氮即氨或铵的过程。（3）硝化作用：氨在微生物作用下，经过亚硝酸的中间阶段，进一步氧化为硝酸。需在有氧条件下进行。（4）反硝化作用：在厌气条件如水淹、有机质含量过高情况下。硝态氮在反硝化细菌作用下，转化为还原态氮如氨、NO、N2O、N2、HNO等4、有机态P的分解： 含磷的有机物在磷细菌的作用下，经过水解过程形成磷酸（H3PO4）。在嫌气条件下，许多微生物引起磷酸还原，产生亚磷酸或次磷酸。在有机质丰富时，进一步还原为磷化氢。5、含S有机物的转化 与有机含氮化合物的转化过程相似。含S有机物在腐解作用下产生的硫化氢，在通气良好时，在硫细菌作用下氧化形成硫酸。硫酸在不良通气条件下发生反硫化作用，形成硫化氢，对植物产生毒害。二、腐殖化过程有机质分解过程中的中间产物经过微生物的作用合成暗色的含N高分子化合物（腐殖质），是一种自然的形成物。1、 定义：土壤腐殖质是土壤有机质经过强烈转化而形成的含N高分子化合物。2、形成过程还不十分清楚，但大体包括2个阶段第一阶段：产生腐殖质分子的各个组成成分。如多元酚、氨基酸、多肽等有机物质。第二阶段：由多元酚和含氮化合物缩合成腐殖质单体分子。此缩合过程包括两步： 首先是多元酚在多酚氧化酶作用下氧化为醌： 然后醌和含氮化合物（氨基酸）缩合，最后腐殖质单体分子继续缩合成高级腐殖质分子。用图表示为：3、土壤腐殖质的物质组成 用酸、碱和酒精处理，得到胡敏酸、吉马多美朗酸、富里酸和胡敏素。 胡敏素是与矿物结合的胡敏酸或是变质的胡敏酸；吉马多美朗酸是胡敏酸的衍生物。4、胡敏酸和富里酸的特征 从颜色看胡敏酸棕色到黑色，富里酸黄色。 从分子量看，胡敏酸大，富里酸小，在1万以下。 胡敏酸的C，N，S含量高于富里酸 对水溶解度，胡敏酸不溶或难溶，富里酸溶于水 胡敏酸羧基和酚基低于富里酸胡敏酸一价盐溶于水，二价或三价盐不溶于水，富里酸都溶。 矿质化过程和腐质化过程是有机质转化的两个方向，同时进行的。在温度较高、湿度适中、通气良好时，矿化过程快，养分释放快。如过快，养分会损失，且腐殖质形成过少，对养地不利。 温度低、湿度大、通气不良，以嫌气性微生物活动为主，养分释放少，腐殖质过程快。园林土壤有机质少、结构性差、养分低，如何促进施用有机肥料的分解，是目前面临的新课题。 第四节 影响有机质分解的因素一、有机残体的组成状况1、有机残体的物理状态： 一般情况下，多枝幼嫩新鲜的绿肥易分解。2、有机残体的化学成分。 一般情况下，阔叶比针叶快；叶片比残根快，豆科比禾本科快。3、有机残体的碳氮比 用C/N 表示。 微生物吸收1份氮，就要吸收5份碳用于构成自身细胞，同时要消耗20份碳作为生命活动的能量。微生物分解需有机质的C/N为25：1。 二、外界条件外界条件通过制约微生物的活动，而影响有机质的转化。1、最适温度：2030度。2、湿度和通气状况：在田间持水量的60%最好。3、土壤pH：细菌最适Ph6.57.5，放线菌中性到为碱性，真菌酸性到中性条件。4、土壤中的粘粒：由于粘粒的吸附可减弱土壤酶、土壤微生物的活性，对于粘重土壤，有机质不易分解。 第五节 重要的土壤生物学现象一、根际与根际效应 根际就是植物根与土壤的交界面，一般是距根面14毫米的土壤范围内。 在根际土壤中，根系除直接吸收养分外，还将各种有机和无机物释放到这部分土壤中。 根的分泌物包括碳水化合物、氨基酸等，使根际土壤的微生物大量繁殖，这种现象称为根际效应。常用R/S来表示。 有时根系会分泌植物毒素，强烈拟制同种植物或他种植物的生长。连作减产现象，可能与根分泌毒素有关。二、 生物固氮1、概念：生物固氮是在常温、常压下，通过固氮生物体内固氮酶的作用，将游离氮素转变成氨的过程。2、 固氮的微生物：70多个属。主要为细菌、放线菌和蓝、绿藻类。3、 生物固氮的形式：自生固氮和共生固氮。其中共生固氮的效率高。豆科植物（三叶草、草木樨、紫花苜蓿）300600千克/公顷.年。非豆科（赤杨属、杨梅属、仙人掌属）的固氮为：50400千克/公顷.年。4、 生产应用：在绿地建植中，要适当培植一些共生固氮植物，适当进行根瘤菌接种。5、 根瘤菌要求土壤为中性，磷、镁、钼、锰含量较高的土壤。三、 菌根 内生菌根中最重要的是泡囊分枝状菌根（VA菌根），属真菌类，是目前微生物肥料中研究的热点。菌根现象十分普遍，且没有严格的专一性，同种植物可被多种菌根菌感染，同一种菌根菌也可以感染多种植物，对植物的生长环境有利，同时使用菌剂方便。在园林生产中，对不良的土壤，使幼苗感染或接种菌根菌是非常必要的。方法：客土或施用微生物肥料四、 园林土壤生物学性质的改良 对于园林土壤来讲，不良的生物学性质，包括生物活性(微生物所进行的各种生理活动能力）低下，和有害生物过高两种情况。 生物活性低的原因，主要是有机质和矿质营养缺乏，另外还与土壤物理性质不良有关。 改良的关键：增加有机质含量，另外使土壤疏松、良好的水气热状况也是必要的。另外，接种有益的微生物或施用微生物肥料。 土壤有害生物多，可引起严重的病虫害。 方法：进行土壤消毒：对于绿地，在播种或移栽前要对土壤进行消毒，可杀灭有害的病原微生物、害虫和杂草种子。对于温室大棚。需年年消毒。 如何消毒：高温消毒和药物消毒。 在土壤中埋设导管，将土壤密封好，通如热的蒸汽，温度在80100度时。10分钟可完成消毒。 药物：福尔马林、溴甲烷、硫酰氟、硫酸亚铁等 第六节 土壤有机质的作用一、是植物营养的主要来源 有机质含有极为丰富的氮、磷、钾和微量元素。分解后产生的二氧化碳是供给植物的碳素营养。 二、刺激根系的生长 腐殖质物质以很稀的浓度（10-610-3）、以分子态进入到植物体，可刺激根系的发育，促进植物对营养物质的吸收。三、腐殖质可改善土壤的物理状况 促进土壤团粒结构的形成，是良好的土壤胶结剂。四、腐殖质具有高度保水、保肥能力 腐殖质是一种土壤胶体，有巨大的比表面积，有巨大的吸收代换能力。粘土颗粒的吸水率为50%60%。而腐殖质的吸水率为500%600%。 五、腐殖质具有络合作用 腐殖质能和磷、铁、铝离子形成络合物或螯合物，避免难溶性磷酸盐的沉淀，提高有效养分的数量。六、促进微生物的活动为微生物提供营养物质。七、提高土壤温度的作用 有机质为暗色物质，一般是棕色到黑褐色，吸热能力强，可改善土壤热状况。 第七节 土壤有机质的调节对于园林土壤有机质含量一般低于1%，且土壤的结构性差，应当引起足够的重视。 增施有机肥。施用草炭土、腐叶土以及经过合理处理的生活垃圾。应注意长期施用有机肥。 归还园林植物的凋落物。将有机残体就地填埋或集中堆沤，使之成为理想的有机肥料。 种可观赏的绿肥。在公园、街道、广场的桥灌木下。种草坪或观赏价值较高的绿肥植物，通过翻耕入土，可提高土壤有机质含量。 通过浇水、翻土措施。调节土壤的温度、湿度、通气等，调节有机质的积累和分解。本章重点：土壤有机态氮的转化过程；土壤腐殖质的形成过程及其主要物质组成；土壤有机质的作用。本章难点：一是土壤腐殖质合成的两个阶段。土壤腐殖质是在土壤中，由有机物质在微生物作用下转化来的，是一种自然的合成物，可以用化学方法从土壤中分离出来。此种物质在土壤中非常稳定，但在当形成条件改变时，腐殖质也会分解。二是土壤有机质的作用。有些内容如土壤胶体