第一章土壤的基本组成有机质

1、环境土壤学环境土壤学壤壤 土壤是由固相、液相和气相三相物质组成土壤是由固相、液相和气相三相物质组成的疏松层的疏松层 固相物质的体积约占50%，其中包括38%的矿物质和12的有机质。液相物质的体积约占1535%，其中主要是土壤水和溶与水中的物质，气相物质的体积约占1535%，其个包括氧、 二氧化碳、氮及其它气体。土壤液相与气相共同存在了固相物质之间， 形成一个整体。 土壤包括土壤矿物质、有机质、土壤空气土壤包括土壤矿物质、有机质、土壤空气和土壤水分和土壤水分土壤有机质的概念土壤有机质的概念土壤有机质的构成和来源土壤有机质的构成和来源土壤有机物的组成土壤有机物的组成土壤有机质的分解和转化土壤有机质

2、的分解和转化土壤有机质的腐殖化作用土壤有机质的腐殖化作用影响土壤有机质的分解和转化的因素影响土壤有机质的分解和转化的因素土壤有机质在生态环境中的作用土壤有机质在生态环境中的作用土壤有机质的管理与调节土壤有机质的管理与调节土壤有机质土壤有机质 土壤有机质土壤有机质：指存在于土壤中的所有含碳的有机物质，：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、微生物及其分解和它包括土壤中各种动、植物残体、微生物及其分解和合成的各种有机物质。合成的各种有机物质。f广义广义的土壤有机质指一定含水量的原状土，未经风干的土壤有机质指一定含水量的原状土，未经风干磨碎，在一定压力下通过一定筛孔后（磨

3、碎，在一定压力下通过一定筛孔后（2 2厘米）测定厘米）测定土壤有机质含量土壤有机质含量f狭义狭义的土壤有机质（腐殖质）指土壤经人为或机械挑的土壤有机质（腐殖质）指土壤经人为或机械挑出异源有机物质、生命体形式和非生命体形式中未腐出异源有机物质、生命体形式和非生命体形式中未腐烂或半腐烂的动植物残体后，风干磨碎，通过一定的烂或半腐烂的动植物残体后，风干磨碎，通过一定的筛孔（筛孔（2mm2mm），测定的土壤有机物质总量。一般将其），测定的土壤有机物质总量。一般将其分为非腐殖物质和腐殖物质，腐殖物质又分为胡敏酸分为非腐殖物质和腐殖物质，腐殖物质又分为胡敏酸（haha）、富里酸（）、富里酸（fafa）和胡

4、敏素（）和胡敏素（huhu）1 1 土壤有机质概念土壤有机质概念中国某些自然土壤中有机质含量中国某些自然土壤中有机质含量 （ 土土土土 壤壤壤壤 学学学学 ， 黄黄黄黄 昌昌昌昌 勇勇勇勇 ）土壤有机质含量土壤有机质含量新鲜的有机物质新鲜的有机物质：指那些刚进入土壤，仍保持原来生物体：指那些刚进入土壤，仍保持原来生物体解剖学特征的那些动、植物残体，基本上未受到微生物的解剖学特征的那些动、植物残体，基本上未受到微生物的分解分解半腐解的有机物质半腐解的有机物质：指多少受到微生物分解的动植物残：指多少受到微生物分解的动植物残休己失去解剖学特征，多为暗褐色碎屑或小块休己失去解剖学特征，多为暗褐色碎屑或

5、小块腐殖质腐殖质：经过微生物改造而成的有机物，是一类特殊的有：经过微生物改造而成的有机物，是一类特殊的有机化合物，通常已与矿质土粒牢固结合，性质比较稳定机化合物，通常已与矿质土粒牢固结合，性质比较稳定2 2 土壤有机质构成土壤有机质构成基础土壤学基础土壤学, 熊顺贵熊顺贵,中国农业科技出版社中国农业科技出版社 ,1996 植物残体植物残体：包括各类植物的凋落物、死亡的植物体及根系。：包括各类植物的凋落物、死亡的植物体及根系。这是自然状态下土壤有机质的主要来源。这是自然状态下土壤有机质的主要来源。 动物、微生物残体动物、微生物残体：包括土壤动物和非土壤动物的残体，：包括土壤动物和非土壤动物的残体

6、，及各种微生物的残体。及各种微生物的残体。.这部分来源相对较少。但对原始这部分来源相对较少。但对原始土壤来说，微生物是土壤有机质的最早来源。土壤来说，微生物是土壤有机质的最早来源。 动物、植物、微生物的排泄物和分泌物动物、植物、微生物的排泄物和分泌物：土壤有机质的这：土壤有机质的这部分来源虽然量很少，但对土壤有机质的转化起着非常重部分来源虽然量很少，但对土壤有机质的转化起着非常重要的作用。要的作用。 人为施入：人为施入：土壤中的各种有机肥料（绿肥、堆肥、沤肥土壤中的各种有机肥料（绿肥、堆肥、沤肥等），工农业和生活废水，废渣等，还有各种微生物制品，等），工农业和生活废水，废渣等，还有各种微生物制

7、品，有机农药等。有机农药等。土壤有机质来源土壤有机质来源碳水化合物：碳水化合物：碳水化合物主要有淀粉、纤维素、碳水化合物主要有淀粉、纤维素、半纤维素等多糖类物质半纤维素等多糖类物质含氮化合物：含氮化合物：动、植物残体中主要的含氮化合动、植物残体中主要的含氮化合物是蛋白质，少量比较简单的可溶性氨基酸。植物是蛋白质，少量比较简单的可溶性氨基酸。植物残体中的叶绿素等物残体中的叶绿素等其它其它 （包括树脂、脂肪、蜡质、木质素、灰分（包括树脂、脂肪、蜡质、木质素、灰分等等3 3 土壤有机质组成土壤有机质组成碳水化合物构成了土壤有机质的碳水化合物构成了土壤有机质的5-25%5-25%，土壤碳，土壤碳水化合

8、物水化合物主要源主要源于植物残体、少量源于微生物和于植物残体、少量源于微生物和动物残骸动物残骸土壤碳水化合物的土壤碳水化合物的种类种类主要有单糖、二糖、低聚主要有单糖、二糖、低聚糖、多糖、氨基糖、糖醇、糖酸、甲基化糖糖、多糖、氨基糖、糖醇、糖酸、甲基化糖土壤碳水化合物的土壤碳水化合物的作用作用：为微生物提供碳源和能：为微生物提供碳源和能源，影响土壤的生物学和生物化学性质源，影响土壤的生物学和生物化学性质碳水化合物碳水化合物土壤表层中土壤表层中90%90%的氮素为有机态的氮素为有机态，1 1米深土米深土层中的有机氮为层中的有机氮为100-3000100-3000g/mg/m2 2（n n）。）。

9、土壤有机氮土壤有机氮包括包括结合态氨基酸、游离氨基结合态氨基酸、游离氨基酸、氨基糖和未知态有机氮。酸、氨基糖和未知态有机氮。土壤中土壤中可识别可识别的含氮化合物是的含氮化合物是氨基酸氨基酸、氨氨基糖和核苷类物质基糖和核苷类物质含氮物质含氮物质简单有机化合物的分解和转化简单有机化合物的分解和转化植物残体的分解和转化植物残体的分解和转化土壤腐殖物质的分解和转化土壤腐殖物质的分解和转化影响土壤有机质分解和转化的因素影响土壤有机质分解和转化的因素4 4 土壤有机质的分解和转化土壤有机质的分解和转化 动植物残体在土壤中有两种去向；一方面是被微生动植物残体在土壤中有两种去向；一方面是被微生物分解成筒单的有

10、机化合物，井且有一部分被彻底物分解成筒单的有机化合物，井且有一部分被彻底分解成为简单矿物质和分解成为简单矿物质和coco2 2、nono2 2、n n2 2、nhnh3 3、chch4 4、h h2 2o o等，这个过程称等，这个过程称矿质化过程矿质化过程；另一方面是分解的中；另一方面是分解的中间产物再经过微生物作用，合成高分子有机化合间产物再经过微生物作用，合成高分子有机化合物物腐殖质，这个过程称为腐殖质，这个过程称为腐殖质化过程腐殖质化过程、这两、这两个过程是相互对立又相互紧密联系的，为士壤形成个过程是相互对立又相互紧密联系的，为士壤形成过程中最重要的过程。过程中最重要的过程。 摘自 南京

11、大学，土壤学基础与土壤地理学单糖单糖碳水化合物的分解碳水化合物的分解南京大学等，1980，土壤学基础与土壤地理学细菌氧化单糖类物质的主要途径细菌氧化单糖类物质的主要途径土壤有机质中的多糖如纤维素、半纤维素、淀粉土壤有机质中的多糖如纤维素、半纤维素、淀粉等糖类，在微生物分泌的糖类水解酶的作用下，等糖类，在微生物分泌的糖类水解酶的作用下，首先水解为单糖首先水解为单糖 ：( (c c6 6h h1010o o5 5) )n nnhnh2 2o onnc c6 6h h1212o o6 6单糖重复单糖的有氧和无氧分解步骤单糖重复单糖的有氧和无氧分解步骤多糖的分解多糖的分解含氮有机物是土壤中氮素的主要贮

12、藏状态，包括蛋白质、氨含氮有机物是土壤中氮素的主要贮藏状态，包括蛋白质、氨基酸、腐殖质等基酸、腐殖质等蛋白质在土壤中的转化作用主要有蛋白质在土壤中的转化作用主要有氨化作用氨化作用、硝化作用硝化作用和和反反硝化作用硝化作用蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶作用下，分解成氨基酸蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶作用下，分解成氨基酸的作用称水解作用。的作用称水解作用。 蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 氨化作用：氨基酸经过微生物的作用，放出氨的过程。氨化作用：氨基酸经过微生物的作用，放出氨的过程。含氮有机质的分解含氮有机质的分解几种氨化作用几种氨化作用氨态氮被微生物氧化成亚硝酸，并进一步氧化成硝酸氨态氮被微生

13、物氧化成亚硝酸，并进一步氧化成硝酸的过程，称硝化作用。的过程，称硝化作用。这一作用可分为两个阶段：第一阶段，氨被亚硝酸细这一作用可分为两个阶段：第一阶段，氨被亚硝酸细菌氧化成亚硝酸；第二阶段，亚硝酸被硝化细菌氧化菌氧化成亚硝酸；第二阶段，亚硝酸被硝化细菌氧化成硝酸。其反应如下：成硝酸。其反应如下：2 2nhnh3 33o3o2 2 2hno2hno2 22h2h2 2o o热量热量2 2hnohno2 2o o2 2 2hno2hno3 3热量热量 硝化作用硝化作用细菌在无氧或微氧条件下以细菌在无氧或微氧条件下以nono3 3或或nono2 2作为呼吸作为呼吸作用的最终电子受体生成作用的最终电

14、子受体生成n n2 2o o和和n n2 2的硝酸盐还原过的硝酸盐还原过程，称反硝化作用。其反应如下：程，称反硝化作用。其反应如下：反硝化细菌反硝化细菌c c6 6h h1212o o6 624kno24kno3 324khco24khco3 36co6co2 212n12n2 218h18h2 2o o反硝化作用反硝化作用土壤、生物和大气之间的土壤、生物和大气之间的n n素循环素循环南京大学等，南京大学等，19801980，土壤学基础与土壤地理学，土壤学基础与土壤地理学土壤中含磷有机物主要有核蛋白、卵磷脂、核酸、土壤中含磷有机物主要有核蛋白、卵磷脂、核酸、核素等，它们在有机磷细菌的作用下进行

15、分解：核素等，它们在有机磷细菌的作用下进行分解：磷细菌 水解水解 knaca2核蛋白质核蛋白质 磷酸磷酸 磷酸盐磷酸盐含磷有机物的分解含磷有机物的分解产生的磷酸盐是植物可吸收的磷素养分，但在酸性产生的磷酸盐是植物可吸收的磷素养分，但在酸性或石灰性土壤中易与或石灰性土壤中易与fefe、alal、caca、mgmg等生成难溶性等生成难溶性的磷酸盐，降低其有效性。在缺氧条件下磷酸又被的磷酸盐，降低其有效性。在缺氧条件下磷酸又被还原为磷化氢，其反应如下：还原为磷化氢，其反应如下：土壤磷化物的转化土壤磷化物的转化植物残体中的硫，主要存在于蛋白质中，能分解含硫有机植物残体中的硫，主要存在于蛋白质中，能分解

16、含硫有机物的土壤微生物很多，一般能分解含氮有机物的氨化细菌，物的土壤微生物很多，一般能分解含氮有机物的氨化细菌，都能分解有机硫化物，产生硫化氢，其反应如下：都能分解有机硫化物，产生硫化氢，其反应如下： 蛋白质蛋白质 硫氨基酸硫氨基酸 h h2 2s s还原型的无机硫化物被硫化细菌氧化成硫酸的过程，称硫还原型的无机硫化物被硫化细菌氧化成硫酸的过程，称硫化作用。其反应如下：化作用。其反应如下： 2 2h h2 2s so o2 2 2h2h2 2o o2s2s 2s2s3o3o2 22h2h2 2o o 2 2h h2 2soso4 4硫化作用产生的硫酸与土壤中的盐基物质作用，形成硫酸硫化作用产生

17、的硫酸与土壤中的盐基物质作用，形成硫酸盐，硫酸盐是植物可吸收的养分盐，硫酸盐是植物可吸收的养分含硫有机物的分解含硫有机物的分解自然界中自然界中s s的转化的转化 土壤腐殖质的形成：是一个复杂的过程，大致可分土壤腐殖质的形成：是一个复杂的过程，大致可分为为两个两个阶段阶段第一阶段：第一阶段：有机残体在微生物分解作用下，其中一部分有机残体在微生物分解作用下，其中一部分彻底矿化，最终生成彻底矿化，最终生成coco2 2、h h2 2o o、nhnh3 3、h h2 2s s等无机化合物。另等无机化合物。另一部分转化为较简单的有机化合物（多元酚）和含氮化合一部分转化为较简单的有机化合物（多元酚）和含氮

18、化合物（氨基酸、肽等），提供了形成腐殖质的材料物（氨基酸、肽等），提供了形成腐殖质的材料第二阶段，合成阶段第二阶段，合成阶段：上述土壤腐殖质的组成部分，在：上述土壤腐殖质的组成部分，在微生物的作用下经缩合形成腐殖质的基本单元。先是多元微生物的作用下经缩合形成腐殖质的基本单元。先是多元酚在微生物的作用下氧化为醌，然后醌再与含氮化合物缩酚在微生物的作用下氧化为醌，然后醌再与含氮化合物缩合成原始腐殖质合成原始腐殖质5 5 土壤有机质的腐殖化作用土壤有机质的腐殖化作用腐殖质的形成过程腐殖质的形成过程 基础土壤学基础土壤学腐殖质的种类腐殖质的种类黄昌勇 土壤学土壤有机质分组土壤有机质分组 黄昌勇黄昌勇

19、土壤学土壤学基础土壤学基础土壤学-熊顺贵熊顺贵 土壤胡敏酸、富里酸是土壤腐殖物质的最重要组分，胡敏土壤胡敏酸、富里酸是土壤腐殖物质的最重要组分，胡敏素是被粘粒固定，一般条件下不能被碱提取的胡敏酸或富素是被粘粒固定，一般条件下不能被碱提取的胡敏酸或富里酸里酸 李学垣李学垣 土壤化学土壤化学土壤有机质分组土壤有机质分组温度温度：一般在：一般在0 03535摄氏度，温度每升高摄氏度，温度每升高1010摄氏度，土壤有机质的最大分解速率提高摄氏度，土壤有机质的最大分解速率提高2-32-3倍。倍。土壤水分和通气状况土壤水分和通气状况：最适水势在：最适水势在- -0.030.03-0.1-0.1mpampa

20、之间；干湿交替作用之间；干湿交替作用 好气嫌好气嫌气细菌的作用气细菌的作用植物残体的特性植物残体的特性：新鲜的易分解；：新鲜的易分解；c/nc/n土壤特征土壤特征：粘粒含量（正相关）；：粘粒含量（正相关）；phph6 6 影响土壤有机质分解和转化的因素影响土壤有机质分解和转化的因素植物组织与土壤有机质的组分比较植物组织与土壤有机质的组分比较一些有机质的一些有机质的c c、n n含量及含量及c/nc/n适宜土壤微生物活动的适宜土壤微生物活动的phph值值有机质与重金属离子的作用有机质与重金属离子的作用：各种功能基对：各种功能基对金属离子的亲和力：金属离子的亲和力：- -nhnh2 2 （胺基）（

21、胺基） -n=n-n=n（偶（偶氮化合物）氮化合物） n(n(环氮）环氮） coo-coo-（羧基）（羧基） -o-o-（醚基）（醚基） -c=o-c=o（羰基）（羰基）有机质对农药等有机污染物的固定作用有机质对农药等有机污染物的固定作用：土：土壤有机质对农药的固定与腐殖物质功能基的壤有机质对农药的固定与腐殖物质功能基的数量、类型和空间排列密切相关，也与农药数量、类型和空间排列密切相关，也与农药本身的性质有关。本身的性质有关。土壤有机质对全球土壤有机质对全球c c平衡的影响平衡的影响：据估计：全：据估计：全球土壤有机质的总球土壤有机质的总c c量在量在1414* *101017171515*

22、*10101717g g，大约是陆地生物总大约是陆地生物总c c量的量的2.52.53 3倍。倍。7 有机质在生态环境上的作用有机质在生态环境上的作用不同性质胡敏酸和富里酸的共同和不同性质胡敏酸和富里酸的共同和不同性质土壤有机质，特别是腐殖质，对土壤有机质，特别是腐殖质，对土壤肥力土壤肥力的影响是多方的影响是多方面的，主要可归纳如下几点：面的，主要可归纳如下几点： 植物养分的重要来源植物养分的重要来源 土壤有机质含有大量而全面的植物养分，特别是氮素，土壤有机质含有大量而全面的植物养分，特别是氮素，土壤中的氮素土壤中的氮素9595以上是有机态的，经微生物分解后，转化以上是有机态的，经微生物分解后

23、，转化为植物可直接吸收利用的速效氮。为植物可直接吸收利用的速效氮。提高士壤的蓄水保肥和缓冲能力提高士壤的蓄水保肥和缓冲能力 腐殖质本身疏松多孔，具有很强的蓄水能力。土壤中的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粘粒吸水力一般为50506060，而腐殖质可高达，而腐殖质可高达400400600600。 8 8 土壤有机质的作用和调节土壤有机质的作用和调节改善、影响土壤的物理性质 多糖和腐殖物质在土壤团聚体的形成过程和稳定性方面起重要作用；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。改善、影响土壤的化学性质 腐殖物质带有正负两种电荷，吸附一些k+、nh4+、ca2+、mg2+ 等离子，提供与根系离子交换；酸性土壤中，有机质通过