任务三认识土壤有机质和土壤生物

1、任务三认识土任务三认识土壤有机质和土壤微生物壤有机质和土壤微生物 授课人：张咪咪授课人：张咪咪泌阳县中等职业学校 农经组一、土壤有机质一、土壤有机质 广义：存在于土壤中的各种含碳的有机物的总称。它包括各种动 植物残体，微生物体及其分解合成的有机物质。狭义：专指土壤中的腐殖质，但在测定过程中无法把未分解、半 分解的动植物残体剔除掉，所以测定结果实际上还包括未 分解、半分解的动植物残体在内。有机质的定义有机质的定义泌阳县中等职业学校 农经组（一）土壤有机质的来源（一）土壤有机质的来源 1 1、死亡的动植物、微生物残体。、死亡的动植物、微生物残体。2 2、施入的农家肥。、施入的农家肥。3 3、工业及

2、城、工业及城市垃圾废水、废渣。市垃圾废水、废渣。原始土壤原始土壤：微生物体是土壤OM的最早来源。是死亡的动、植物，微生物残体及植物的枯枝落叶，但是死亡的动、植物，微生物残体及植物的枯枝落叶，但基本来源是它上面生长的绿色植物。基本来源是它上面生长的绿色植物。泌阳县中等职业学校 农经组（二）土壤（二）土壤OMOM的含量、组成及性质的含量、组成及性质 1.1.含量含量：土壤有机质在自然土壤中差异很大，高的可超过20%，称为有机质土壤比如某些泥炭土，低于20%以下的土壤称为矿质土壤，矿质土壤占绝大多数，有些低的不足0.5，主要为一些漠境或沙漠土壤。 土壤有机质对土壤肥力和植物生长起到良好的作用，在农业

3、上常把保持土壤有机质平衡和逐步提高有机质含量作为土壤培肥的中心环节。 我国土壤除了某些草甸土、东北黑土和某些自然土壤外，有机质含量一般占土壤固相重量的5%以下，由南至北由西至东呈递增趋势，水田高于旱田，我省有机质含量较低，平均在1%左右，土壤培肥任务艰巨。泌阳县中等职业学校 农经组A A：元素组成：元素组成：主要是C（52-58%）、H（3.3-4.8%）、O（34-39%）、N（3.7-4.1%）其次是P、S。2.2.组成组成泌阳县中等职业学校 农经组（三）土壤中有机质的转化（三）土壤中有机质的转化 矿质化：有机质在微生物的作用下分解为简单化合物同时释放出矿质养分的过程。腐殖化：有机质在微生

4、物的作用下合成为复杂稳定的腐殖质的过程。泌阳县中等职业学校 农经组1 1、土壤有机质的矿质化过程、土壤有机质的矿质化过程 矿化分两个阶段：有机物质在微生物分泌出的体外酶的作用下将较复杂的有机物先分解成构成该物质的基础有机化合物。微生物吸收第一阶段的降解产物，一部分作为建造自身的原料，一部分则被彻底转化为最终分解产物，如CO2、H2O并释放出无机盐（如NH4+、SO42、HPO42等）。 土壤有机质的分解程度常用矿化率来表示：土壤有机质的矿化率土壤每年因矿质化作用所消耗的有机质数量占土壤有机质总量的百分数。一般农业土壤有机质矿化率在25%之间，自然土壤1%。可计算土壤有机质的消耗，例：一亩地表土

5、重150000公斤，土壤有机质含量为1%，土壤有机质矿化率为3%，则矿化量为1500001%3%45公斤。泌阳县中等职业学校 农经组（1 1）碳水化合物的分解）碳水化合物的分解 多糖（淀粉、纤维素、半纤维素）首先在微生物分泌的水解酶的作用下水解为单糖。(C6H12O5)n + nH2OnC6H12O6单糖进一步分解为更简单的物质C6H12O6C2H5OH + 2OCH3COOH + 2O22C2H5OH + 2CO2CH3COOH + H2O2CO2 + 2H2O通气良好的条件下通气良好的条件下，单糖迅速分解，最终产生CO2 和H2O，同时释放出大量热量。泌阳县中等职业学校 农经组 嫌气条件下

6、分解缓慢，并有大量的中间产物有机酸的累积，最终产物除了CO2外，还有大量的还原性物质CH4等产生，同时释放出少量热量。 C C6 6H H1212O O6 6CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2COOH + 2COCOOH + 2CO2 2 + H+ H2 22CH2CH3 3CHCH2 2CHCH2 2COOH + 2HCOOH + 2H2 2O O5CH5CH4 4 + 2CO+ 2CO2 2（2 2）含）含N N有机物的分解有机物的分解 土壤中含N的有机物比如蛋白质、核酸、氨基酸、酰胺等也比较容易分解转化，我们以土壤中主要的含N化合物蛋白质为例来介绍含N有机物的分解。 泌阳县中等职

7、业学校 农经组a a：水解作用：水解作用：蛋白质水解蛋白质消化蛋白质多缩氨基酸（多肽）氨基酸b b：氨化作用：氨化作用： 氨基酸氨化微生物氧化、还原、水解等NH3+有机酸泌阳县中等职业学校 农经组c c：硝化作用：硝化作用：在通气良好的条件下，通过亚硝化细菌和硝化细菌的作用将NH4+N氧化为NO3-N的过程。2NH3 + 3O2亚硝化细菌2HNO2 + 2H2O + 158大卡2HNO2 + O2硝化细菌2HNO3 + 42大卡（3 3）含磷有机物的分解）含磷有机物的分解核蛋白水解酶蛋白质核酸核酸酶核苷酸核苷酸酶核苷 H3PO4卵磷脂 磷酸脂酶磷酸甘油水解甘油 H3PO4卵磷脂 磷酸脂酶磷酸甘

8、油水解甘油 H3PO4泌阳县中等职业学校 农经组2 2、土壤中有机质的腐殖化过程、土壤中有机质的腐殖化过程 腐殖化过程是土壤OM在微生物的作用下，合成复杂稳定的腐殖质的过程，在其中主要是微生物主导的生物化学过程，当然也可能有一些纯化学过程。 关于腐殖化过程，目前还不是十分清楚，只是了解了它的一般轮廓，对于其中很多过程还有待于进一步研究,各国土壤学家提出了多种腐殖质形成假说，有植物物质形成说、化学聚合说、细胞自溶说、微生物合成说，以原苏联Kononove的化学聚合说较普遍获得公认，腐殖质的形成过程可分为两个阶段：泌阳县中等职业学校 农经组第一个阶段：产生构成腐殖质分子原始材料第一个阶段：产生构成

9、腐殖质分子原始材料 木质素降解产物中保留了原来的芳核结构单位.有些微生物分解有机质时会产生多元酚类化合物微生物分泌的酚氧化酶氧化多元醌类化合物蛋白质降解 肽类、氨基酸、氨第二阶段：上述原始材料通过缩合等酶促反应和纯化学反应合成腐第二阶段：上述原始材料通过缩合等酶促反应和纯化学反应合成腐殖质单体分子。比如醌能与氨基酸缩合成腐殖质单体分子：殖质单体分子。比如醌能与氨基酸缩合成腐殖质单体分子： ONHRCOOH ONHRCOOH O O 2NH2RCOOH + OH OH + 【O】 醌氧化酶 泌阳县中等职业学校 农经组 进入土壤的有机物究竟有多少能够转化为腐殖质可用进入土壤的有机物究竟有多少能够转

10、化为腐殖质可用腐殖化系数腐殖化系数来表示来表示：单位质量的有机物料在土壤中分解一年单位质量的有机物料在土壤中分解一年后，残留下来的量占施入量的百分数。后，残留下来的量占施入量的百分数。不同有机物料的腐解不同有机物料的腐解残留率是不同的，同一有机物料在不同土壤上的腐解残留率残留率是不同的，同一有机物料在不同土壤上的腐解残留率也不相同，耕地土壤一般为也不相同，耕地土壤一般为0.20.40.20.4之间。之间。泌阳县中等职业学校 农经组3 3、腐殖质的分离、提取、组成和性质、腐殖质的分离、提取、组成和性质 A A：腐殖质的分离、提取：腐殖质的分离、提取a：腐殖质与土壤矿物质部分紧密结合在一起，形成复

11、合体，不易分离。c：用一般的溶剂提取不完全，用剧烈的方法，有可能会引起有机分子的变性（包括：成分、性质、结构特征的改变）。b：腐殖质与非腐殖质很难用溶剂来区分，也不可能用通常的物理方法来分离。腐殖质的性质分离提取面临困难：泌阳县中等职业学校 农经组磨细过筛后磨细过筛后的土样的土样水浮选、手挑、静电吸附法水浮选、手挑、静电吸附法或用比重为或用比重为1.8-2.01.8-2.0的比重液的比重液未分解、半分解未分解、半分解的动植物残体的动植物残体含腐殖质含腐殖质的土样的土样稀稀NaOHNaOH浸提过滤浸提过滤黑色残余物（胡敏酸）黑色残余物（胡敏酸）溶液溶液HClHCl或或H H2 2SOSO4 4酸

12、化酸化 过滤过滤褐色沉淀褐色沉淀黄色溶液黄色溶液（褐腐酸）（褐腐酸）富里酸（黄腐酸）富里酸（黄腐酸）腐殖质的性质分离提取一般方法：腐殖质的性质分离提取一般方法：泌阳县中等职业学校 农经组 化学组成化学组成：腐殖质的化学组成中主要是C、H、O、N、P、S，还有少量的Ca、Mg、Fe、Si等灰分元素。 功能团组成功能团组成：腐殖质组分中有许多的功能团，其中最主要的是含氧功能团，比如：羧基RCOOH、酚式羟基（OH）、醇羟基（ROH）、甲氧基OCH3，醌基，正是由于这些功能团的存在，使腐殖质表现出多种活性，比如离子交换，对金属络合作用，氧化还原性及生理活性等。B B、腐殖质的组成、腐殖质的组成C C

13、：腐殖质在土壤中存在形态：腐殖质在土壤中存在形态a：游离态的腐殖质，只占极少部分b：有的与盐基化合形成盐类，主要腐殖酸钙、镁盐c：有的与含水三氧化物，比如Al2O3xH2O、Fe2O3yH2O化合形成复杂的凝胶体。d：与粘粒结合形成胶质复合体。 泌阳县中等职业学校 农经组 腐殖质分子的结构非常复杂，属于高分子聚合物。一般认为含有芳核结构，芳核上有多种取代基，并连接着多肽和脂肪族侧链，此外还可能连接着氨基酸和糖，有时还存在着含N的杂环结构。D D：腐殖质分子的结构特征：腐殖质分子的结构特征分子量分子量：腐殖质的分子量在不同的土壤上有很大的差异，不同的组分也有很大差异，即使同一样品因测定方法不同也

14、有很大差异，根据不同方法测定的平均值。胡敏酸的分子量要比富里酸大HAFA。形状形状：有关腐殖质分子的形状，研究结果也不尽一致，过去认为是网状多孔结构，近年来通过电子显微镜拍照和通过粘性特征的推断，有人认为腐殖酸分子是球形的，有人认为是棒状的，也有人认为二者都有。E E：腐殖质分子的性质：腐殖质分子的性质泌阳县中等职业学校 农经组 腐殖质是两性胶体，既带负电荷又带正电荷，通常以带负电荷为主，电性来源主要是分子表面羧基、酚羟基的解离以及胺基的质子化。 带电性带电性OH腐殖质分子结构核心COOHNH2解离或质子化腐殖质分子结构核心COONH3O由于羧基、酚羟基的解离，胺基的质子化的程度，都会随周围p

15、H值的变化而变化，所以腐殖质所带电荷属可变电荷。 ： 整体呈黑色，不同腐殖酸颜色有差别，与分子量和发色基团组成比例有关，胡敏酸颜色深富里酸颜色黄泌阳县中等职业学校 农经组 胡敏酸微溶于水，其一价盐溶于水，多价盐不容于水富里酸溶于水，其一、二三价盐均溶于水。 能与铁、铝、铜锌等高价金属离子形成络合物，其中羧基与酚羟基是主要参与络合金属离子的功能团，络合物的稳定程度随pH升高而增大。 是亲水胶体，吸水能力强，最大吸水量超过本身重量的5倍，干腐殖质从饱和大气中吸水可达本身重量的1倍。 其化学稳定性强，抗微生物分解能力强，因此分解周期长，在温带植物残体的半分解期为3个月，而新形成的土壤有机物质的半分解

16、期为4.7-9年，胡敏酸在土壤中平均停留时间780-3000年，富里酸为200-630年。泌阳县中等职业学校 农经组（四）影响土壤有机质转化的因素（四）影响土壤有机质转化的因素 1 1、土壤的湿度和通气状况：、土壤的湿度和通气状况： 适当的湿度而且通气良好的土壤适当的湿度而且通气良好的土壤：好气性微生物活动旺盛，有机质进行好气分解，分解速度快，而且比较完全，矿化率高，释放出矿质养分多，而且呈氧化态，有利于植物对养分的吸收，但是中间产物累积少，不利于土壤OM的累积和保存。 土壤湿度大通气不良的土壤：土壤湿度大通气不良的土壤：嫌气性微生物活动旺盛，有机质进行嫌气分解，分解慢，而且不完全，矿化率低，

17、释放出矿质养分少，而且呈还原态，不利于植物对养分的吸收利用，同时在还原条件下会产生一些有机酸（比如乙酸、丙酸、丁酸）和一些还原性气体H2S、H2等对作物生长有毒害作用，但是在嫌气条件下中间产物累积多，有利于土壤OM的累积和保存。 泌阳县中等职业学校 农经组2 2、温度、温度 035：增高温度能促进OM分解2535：适宜土壤中大多数微生物活动45：微生物的活动就会受到抑制50：有机物可能会发生纯化学的氧化分解而导致挥发。 3 3、土壤酸碱反应、土壤酸碱反应 细菌最适宜酸碱度：PH6.57.5的中性环境放线菌最适宜的酸碱度可能要偏碱一些真菌最适宜酸碱度PH36的酸性条件下活动。pH5.5或pH8：

18、大多数的微生物都不太适宜。 4 4、有机物本身的物理状态和组成、有机物本身的物理状态和组成 a：物理状态：新鲜、多汁干枯老化 磨细、粉碎未磨细粉碎b：化学组成：单糖、淀粉、水溶性蛋白质半纤维素、果胶 纤维素、木质素、脂肪、腊质泌阳县中等职业学校 农经组c c：有机物的：有机物的C/NC/N比：比：指有机物中C总量与N总量的比。 N是组成微生物体细胞的要素，有机质中的C既是微生物生命活动的能源，又是构成体细胞的要素，所以微生物对C和N这两种元素的需要有一定的比例，才能满足微生物的生命活动和构成体细胞的需要。 不同的微生物在不同的条件下对C/N的要求不一样，一般认为微生物每分解2530份的C，大约

19、需要1份的N，也就是说微生物对C/N的要求是252530/130/1。有机物的有机物的C/NC/N252530/1：有机物中的N素供应不足，微生物就可能从土壤中吸收有效N用于构成微生物体细胞，从而产生微生物与植物竞争土壤有效N的现象，也有可能抑制微生物的繁殖和生长，从而使有机物的分解受到抑制。有机物的有机物的C/NC/N252530/130/1：有机物中的N素供应充足，微生物的繁殖和生长要快得多，有利于矿质化作用的进行。 实际上大多数有机残体的C/N远远大于2530/1，比如禾本科作物的秸秆，其C/N80100：1远远大于2530/1，为了促进它的分解，并防止植物缺N，应该补施一定的化学N肥。

20、 泌阳县中等职业学校 农经组（五）有机质在土壤肥力上的作用（五）有机质在土壤肥力上的作用 1 1、能提供给作物需要的养分、能提供给作物需要的养分 a：OM能提供给植物有机态养分：OM在降解过程中能产生一些水溶性的有机分子，比如氨基酸、酰胺、易水解蛋白质、己糖磷酸脂、蔗糖磷酸脂等能够为植物直接吸收利用。 b：OM能提供给植物矿质态养分：在OM的元素组成中，含有各种各样的元素，既有大量元素也有微量元素，既有必需元素，又有有益元素。这些养分元素经过矿质化作用，就能分解释放出来供作物吸收利用。 c：有机质分解、合成过程中产生的有机酸和腐殖酸，能促进矿物质的溶解，促进矿物风化，从而释放出养分供植物吸收利用。d：有机质分解、合成过程中产生的各种有机酸及腐殖酸能与金属离