第二章土壤有机质

1、第二章第二章 土壤有机质土壤有机质l土壤有机质是指：土壤有机质是指：l第一节：土壤有机质第一节：土壤有机质l第二节：第二节：土壤腐殖质土壤腐殖质l第三节第三节土壤有机质的来源土壤有机质的来源l三、土壤有机质的组成（类型）三、土壤有机质的组成（类型）l四、土壤有机质的转化四、土壤有机质的转化l土壤学中，一般把耕层含有机质土壤学中，一般把耕层含有机质20%以上的土壤以上的土壤,称为称为有机质土壤，在有机质土壤，在20%以下的土壤，称为矿质土壤以下的土壤，称为矿质土壤,l但耕作土壤中，表层有机质的含量通常在但耕作土壤中，表层有机质的含量通常在5%以下。以下。l土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类

2、型、农土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施密切相关。不同土壤中含量差异很大。耕措施密切相关。不同土壤中含量差异很大。l目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言,北方北方土壤有机质含量高于南方土壤。土壤有机质含量高于南方土壤。土壤有机质0.5%5%1.0-2.0%1.5-3.0%耕层土壤有机质含量分级指标l1级：高于级：高于4%；l2级：级：34% ；l3级：级：23%，l4级：级：12%l5级：级：0.61.0%l6级：低于级：低于0.6%三、土壤有机质的类型（组成）三、土壤有机质的类型（组成）l进入土壤中的有机物质呈现三种进入土壤中

3、的有机物质呈现三种状态：状态：l新鲜的有机物质新鲜的有机物质-动、植物残体，动、植物残体，l半分解的动、植物残体，半分解的动、植物残体，l腐殖物质（腐殖物质（l（1）非腐殖质物质；）非腐殖质物质；l（2）腐殖质）腐殖质l非腐殖质物质非腐殖质物质（non-humic substance) 枯枝落枯枝落叶和半分解的有机残体等可用机械方法把它们叶和半分解的有机残体等可用机械方法把它们从土壤中分离出，占土壤有机质的从土壤中分离出，占土壤有机质的10-15%；l腐殖物质腐殖物质 （humic substance)而腐殖质与土粒而腐殖质与土粒紧密结合，不能用机械方法把它们从土壤中分紧密结合，不能用机械方法

4、把它们从土壤中分离出，只能用化学方法从土壤中提取，占土壤离出，只能用化学方法从土壤中提取，占土壤有机质的有机质的8以上，是土壤有机质的主体。以上，是土壤有机质的主体。l化学元素组成：化学元素组成：l土壤有机质的基本元素组成是土壤有机质的基本元素组成是c、h、o、n，lc/n比大约在比大约在1012之间。之间。l矿质化过程矿质化过程： (mineralization)*l就是有机质被分解成简单的无机化合物，释放出矿质营就是有机质被分解成简单的无机化合物，释放出矿质营养的过程养的过程l腐殖化过程：腐殖化过程： (humification)*l使简单的有机化合物形成新的、较稳定的有机化合物使简单的有

5、机化合物形成新的、较稳定的有机化合物（腐殖质），使有机质及其养分保蓄起来的过程（腐殖质），使有机质及其养分保蓄起来的过程土壤有机质（碳）的转化土壤有机质（碳）的转化（一）土壤有机质的矿质化过程（一）土壤有机质的矿质化过程 糖类的分解l多糖（淀粉和纤维素） 葡萄糖 酒精 醋酸 co2+h2o （好气分解） 丁酸 甲烷 + co2 （嫌气分解） 磷细菌 水解 knaca2 l主要是含硫蛋白质；主要是含硫蛋白质；含含s有机物有机物 含含s氨基酸氨基酸 s h2so4（好气条件）（好气条件） h2s h2s累积（嫌气条件）累积（嫌气条件） humification)l进入土壤的有机质在微生物进行的进入

6、土壤的有机质在微生物进行的生化过生化过程和一些纯程和一些纯化学过程的共同作用下，化学过程的共同作用下，形成腐殖质形成腐殖质的过程。的过程。l腐殖质腐殖质是由土壤有机物质分解产物是由土壤有机物质分解产物重新合成重新合成而成的。而成的。其形成是一个复杂的、多途径的过程。其形成是一个复杂的、多途径的过程。l目前关于目前关于腐殖质腐殖质形成的主要学说有四：形成的主要学说有四：糖糖-胺缩合学说胺缩合学说、多酚学说、起源于木质素的多酚学说、木质素学说。多酚学说、起源于木质素的多酚学说、木质素学说。这几种途径在土壤中可能都存在，但在不同条件下的这几种途径在土壤中可能都存在，但在不同条件下的重要性不同。重要性

7、不同。（三）、影响土壤有机质转化的因素 有机残体 的特性 土壤水分和通气状况 温 度土壤特性c/nc/n比值比值 最适水势最适水势0.1 0.03mpa0 35om、ph、eh值等值等（一）c/n1.微生物体组织的微生物体组织的c/n=5/12.微生物适宜的微生物适宜的c/n=25/13.进入土壤中的有机残体的进入土壤中的有机残体的c/n不同不同（1）幼嫩组织和豆科植物）幼嫩组织和豆科植物c/n=1020/1（2）禾本科老秸秆）禾本科老秸秆c/n=6080/1不同不同c/n的有机残体的有机残体在土壤中分解的速度？在土壤中分解的速度？禾本科老秸秆直接还田，往往使下茬幼苗生长不良？禾本科老秸秆直接

8、还田，往往使下茬幼苗生长不良？-“绿肥”？4.进入土壤中的有机残体的进入土壤中的有机残体的c/n不同，最终要使土不同，最终要使土壤壤c/n稳定在稳定在10/1左右左右。l有机残体的c/n比lc/n=25：1时，最有利于有机残体的分解lc/n25:1时，微生物会与植物争夺有效n,造成植物氮素缺乏-？表现？土壤有机质（碳）的转化土壤有机质（碳）的转化土壤有机质含量并非可以无限提高，在稳定的生态系统中最终达到一个稳定值。l一、腐殖质的分离与组成一、腐殖质的分离与组成l二、土壤腐殖质在土壤中存在形态二、土壤腐殖质在土壤中存在形态l二、土壤腐殖质的性质二、土壤腐殖质的性质l四、我国主要土壤腐殖质的特征四

9、、我国主要土壤腐殖质的特征一、腐殖质的分离与组成一、腐殖质的分离与组成 土壤(去除有机残体) 用0.1mnaoh提取,过滤 黑色溶液 胡敏素黑色残渣 用hcl调节到ph2溶液-富里酸 沉淀-胡敏酸分子结构和分子量分子结构和分子量 -腐植酸的核心组成份是芳香族化合物，此腐植酸的核心组成份是芳香族化合物，此外还有氨基酸、多肽及碳水化合物。外还有氨基酸、多肽及碳水化合物。-富里酸含羧基比胡敏酸多，所以酸性较强。富里酸含羧基比胡敏酸多，所以酸性较强。 -富里酸的分子比胡敏酸小，结构较简单富里酸的分子比胡敏酸小，结构较简单。胡敏酸分子量大，平均可大于2500，富里酸的分子量较胡敏酸小（6801450）。

10、 flaig的胡敏酸模型stevenson的胡敏酸模型schulten的胡敏酸低(3)聚物分子的优化3d结构模型schulten的胡敏酸低(10)聚物分子的优化3d结构模型schnitzer和khan的富里酸模型二、土壤腐殖质在土壤中存在形态二、土壤腐殖质在土壤中存在形态l（）游离态的腐殖质，在一般土壤中占极（）游离态的腐殖质，在一般土壤中占极少部分。少部分。l（）与矿物中强盐基化合成稳定的盐类，（）与矿物中强盐基化合成稳定的盐类，主要为腐殖酸钙镁等。主要为腐殖酸钙镁等。l （）与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体。（）与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体。 l（）与粘粒结合成有机无机复合体。（）与粘

11、粒结合成有机无机复合体。l用密度为用密度为1.8-2.0的重液提取土壤，分为重的重液提取土壤，分为重组（组（70%-95%）和轻组（）和轻组（5%-30%）。）。l复合体为重组。复合体为重组。l重组又分为松结合态（重组又分为松结合态（10%）；稳结合态）；稳结合态(2030%)和紧结合态和紧结合态(60-70%).三、腐殖质的性质三、腐殖质的性质l1腐殖质不是一种纯的化合物，腐殖质不是一种纯的化合物，而是代表一类有着特殊化学和而是代表一类有着特殊化学和生物性，构造复杂的高分子有机化合物。生物性，构造复杂的高分子有机化合物。l2腐殖质的元素成分腐殖质的元素成分，主要是，主要是c、h、o、n、p、

12、s、ca等。腐等。腐殖质含碳量约为殖质含碳量约为5660，平均为平均为58。含氮量约为含氮量约为36(平平均为均为5.6)，其，其碳碳/氮氮比例大致为比例大致为1012/1，灰分占，灰分占0.6。l3腐殖质是一种黑色或棕色的有机胶体。腐殖质是一种黑色或棕色的有机胶体。它的化学构造式虽然它的化学构造式虽然还没有确定，但它们有若干共同点是可以肯定的，即分子巨大，还没有确定，但它们有若干共同点是可以肯定的，即分子巨大，以芳香族核为主体，附以各种功能团，并有含氮的环状化合物以芳香族核为主体，附以各种功能团，并有含氮的环状化合物。其中主要的功能团为羟基（一其中主要的功能团为羟基（一oh）、羧基（一）、羧

13、基（一cooh）、甲氧）、甲氧基（一基（一och3）等。）等。l腐殖质腐殖质的负电荷属于可变电荷，的负电荷属于可变电荷，cec在在200-500cmol/kg之间，比无机胶体大。之间，比无机胶体大。、溶解性和、溶解性和凝聚性凝聚性 -胡敏酸不溶解于水，但其钾、钠、铵盐可以溶于水。胡敏酸不溶解于水，但其钾、钠、铵盐可以溶于水。-富里酸的水溶性比胡敏酸高的多。富里酸的水溶性比胡敏酸高的多。l腐殖质是带负电荷的有机胶体，根据电荷同性相斥的原理，腐殖质是带负电荷的有机胶体，根据电荷同性相斥的原理，所以新形成的腐殖质胶粒在水中呈分散的镕胶液，但增加电所以新形成的腐殖质胶粒在水中呈分散的镕胶液，但增加电解

14、质浓度或高价离子，则电性中和而相互凝聚，形成凝胶。解质浓度或高价离子，则电性中和而相互凝聚，形成凝胶。l腐殖质在凝聚过程中可使土粒胶结在一起，形成结构体。另腐殖质在凝聚过程中可使土粒胶结在一起，形成结构体。另外，腐殖质是一种亲水胶体，可以通过于燥冰冻脱水变性，外，腐殖质是一种亲水胶体，可以通过于燥冰冻脱水变性，形成凝胶。腐殖质这种变性是不可逆的，所以能成水稳性团形成凝胶。腐殖质这种变性是不可逆的，所以能成水稳性团粒结构。粒结构。6.吸水性吸水性：腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水：腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，单位质量腐殖质的持水量是硅酸盐粘土矿物能力，单位质量腐殖质的持水量是硅酸盐

15、粘土矿物的的45倍，最大吸水量可以超过倍，最大吸水量可以超过500%。最大吸湿。最大吸湿水量可达本身一倍以上。水量可达本身一倍以上。7.稳定性稳定性 ：。：。腐殖质不同于土壤中动植物残体的有机组分，腐殖质不同于土壤中动植物残体的有机组分，它的化学稳定性强，对微生物分解的抵抗能力大，分解周转它的化学稳定性强，对微生物分解的抵抗能力大，分解周转的时间长，在温带条件下，一般植物残体的半分解周期少于的时间长，在温带条件下，一般植物残体的半分解周期少于三个月，植物残体新形成的土壤三个月，植物残体新形成的土壤om半分解周期为半分解周期为49年，年，而胡敏酸的平均停留时间为而胡敏酸的平均停留时间为78030

16、00年，富里酸为年，富里酸为200630年。年。年矿化率平均年矿化率平均1% 3%之间之间l黄土母质黄土母质在干旱条件下发育的土壤所含的腐殖酸在干旱条件下发育的土壤所含的腐殖酸以褐腐酸以褐腐酸为主，为主，且多与且多与ca2+结合。按结合。按c量计算，全部褐腐酸约占腐殖质的量计算，全部褐腐酸约占腐殖质的38%-56%。淋溶黑土腐殖质中，褐腐酸仅占。淋溶黑土腐殖质中，褐腐酸仅占30%左右，且有相当数量左右，且有相当数量与与p2o5结合，结合，红壤中褐腐酸的含量仅红壤中褐腐酸的含量仅6%-7%，且多呈游离态存在。且多呈游离态存在。lha/fa是土壤腐殖质的组成和性质的指标之一，可作为土壤肥力是土壤腐

17、殖质的组成和性质的指标之一，可作为土壤肥力与熟化程度的标志与熟化程度的标志 。lha/fa比的大小变化规律？比的大小变化规律？l南北变化、森林植被与草原植被、石灰性土壤、水田与旱地南北变化、森林植被与草原植被、石灰性土壤、水田与旱地（一）植物养分的重要来源（一）植物养分的重要来源; （一）植物养分的重要来源（一）植物养分的重要来源l土壤有机质含有土壤有机质含有大量而全面的植物养分大量而全面的植物养分，、和微量元素等，特别是氮素，土壤中的、和微量元素等，特别是氮素，土壤中的氮素氮素95以上是有机态的，经微生物分解后，以上是有机态的，经微生物分解后，转化为植物可直接吸收利用的速效氮。转化为植物可直

18、接吸收利用的速效氮。l有机质分解释放出各种大量或微量元素，各种有机质分解释放出各种大量或微量元素，各种元素的比例更符合植物的需要。元素的比例更符合植物的需要。 腐殖质本身疏松多孔腐殖质本身疏松多孔,具有很强的蓄水能力。具有很强的蓄水能力。土壤中的粘粒吸水力一般为土壤中的粘粒吸水力一般为5060，而腐殖质可高达而腐殖质可高达400600。可以大大。可以大大提高土壤的保水能力；提高土壤的保水能力； -腐殖质的腐殖质的cec是粘粒的是粘粒的2-3倍，可以明倍，可以明显提高土壤吸附阳离子的能力显提高土壤吸附阳离子的能力提高土壤保水、保肥能力提高土壤保水、保肥能力 -腐殖质有极强的吸水能力，可以大大提腐

19、殖质有极强的吸水能力，可以大大提高土壤的保水能力；高土壤的保水能力； -腐殖质的腐殖质的cec是粘粒的是粘粒的2-3倍，可以明倍，可以明显提高土壤吸附阳离子的能力。显提高土壤吸附阳离子的能力。 -通过基团上通过基团上h+离子的解离或吸附，可以离子的解离或吸附，可以缓冲土壤酸碱性的变化。缓冲土壤酸碱性的变化。-有机质分解产生有机酸，有机酸通过络有机质分解产生有机酸，有机酸通过络合作用和溶解作用而提高土壤养分的有合作用和溶解作用而提高土壤养分的有效性。效性。l腐殖质的腐殖质的粘结力大于砂粒，小于粘粒，粘结力大于砂粒，小于粘粒，因此可以改善砂因此可以改善砂土或粘土的粘结性及耕性。土或粘土的粘结性及耕

20、性。l -促进团粒结构的形成，从而促进团粒结构的形成，从而改善通透性；改善通透性；l -加深土色，提高土壤吸热能力，增温。加深土色，提高土壤吸热能力，增温。有机质在生态环境上的作用有机质在生态环境上的作用1.1.有机质对重金属污染的影响：腐殖酸是重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。金属离子的络合剂。2.2.有机物质对农药污染的影响有机物质对农药污染的影响3.3.土壤有机质对全球碳平衡的影响土壤有机质对全球碳平衡的影响一、土壤有机质的平衡一、土壤有机质的平衡 土壤有机质的平衡取决于有机质的添加土壤有机质的平衡取决于有机质的添加量和有机质的矿化分解消耗量。量和有机质的矿化分解消

21、耗量。 激发作用激发作用* * *（ priming effect)：由于加入新鲜有机物质使土壤有机质矿化速率加快（正激发）或变慢（负激发）的效应称之激发作用，也叫起爆效应激发作用，也叫起爆效应。激发效应可以是正、也可以是负。激发效应可以是正、也可以是负。激发比率：加入新鲜有机物质后土壤有机物质矿化量与加入前的矿激发比率：加入新鲜有机物质后土壤有机物质矿化量与加入前的矿化量之比。化量之比。激发比率激发比率 1，正激发，不仅没有提高土壤有机含量，反而减少了；，正激发，不仅没有提高土壤有机含量，反而减少了；激发比率激发比率1,负激发，可以增腐殖质含量负激发，可以增腐殖质含量激发比率受一系列因素影响

22、激发比率受一系列因素影响问题：给土壤使入有机肥，就一定能提高土壤腐殖质含量吗？问题：给土壤使入有机肥，就一定能提高土壤腐殖质含量吗？1、有机质的年矿化量（、有机质的年矿化量（y） =表土有机质总量表土有机质总量*矿化率矿化率 有机质的矿化率有机质的矿化率：每年因矿化作用而消：每年因矿化作用而消耗的土壤有机质占土壤有机质总量的百耗的土壤有机质占土壤有机质总量的百分率。分率。l单位重量有机碳在土壤中分解一年后残留碳的分单位重量有机碳在土壤中分解一年后残留碳的分数，称为数，称为腐殖化系数。腐殖化系数。l 腐殖化系数：腐殖化系数：通常将每克有机物（干重）施入通常将每克有机物（干重）施入土壤后，所能分解

23、转化成腐殖质的克数（干重），土壤后，所能分解转化成腐殖质的克数（干重），称之为腐殖化系数。称之为腐殖化系数。l通常为通常为0.2-0.4之间，同一物质的腐殖化系数，因之间，同一物质的腐殖化系数，因不同的生物、气候条件、土壤组成及耕作条件而不同的生物、气候条件、土壤组成及耕作条件而异，如：水田的腐殖化系数大于旱地。异，如：水田的腐殖化系数大于旱地。 农田土壤中有机物料的腐植化系数有机物料华南地区华北地区稻杆范围0.15-0.260.19-0.24平均0.20(27)0.21(10)稻根范围0.33-0.51030-0.33平均0.42(27)0.31绿肥范围0.16-0.370.21-0.33平均0.24(33)0.20(32)2、进入土壤的有机物形成的腐殖质量(x) =有机物添加量*腐植化系数 进入土壤的