12土壤有机质

1、土壤有机质0.5%5%0.5-2.0%7%一、土壤生物一、土壤生物二、土壤有机质来源及其组成和存在形态二、土壤有机质来源及其组成和存在形态三、土壤有机质的转化及其影响因素三、土壤有机质的转化及其影响因素四、土壤腐殖质的组成和性质四、土壤腐殖质的组成和性质五、土壤有机质的作用五、土壤有机质的作用六、土壤有机质的调节六、土壤有机质的调节一、土壤生物一、土壤生物土壤生物包括生活在土壤中的动物、植物和微生物。动物微生物原核微生物真核微生物非细胞型生物细菌、放线菌真菌、藻类、原生动物蚯蚓线虫其他土壤中的各种生物是土壤中多种生物过程的驱动力。病毒二、土壤有机质来源及其组成和存在形态二、土壤有机质来源及其组

2、成和存在形态（一）土壤有机质（一）土壤有机质土壤中存在的各种含碳的有机化合物，土壤中存在的各种含碳的有机化合物，包括各种动、植物残体、微生物体及其分解合包括各种动、植物残体、微生物体及其分解合成的有机物质。成的有机物质。1.1.来源于数目众多微生物来源于数目众多微生物2.2.来源于各种动植物残体及其它们的代谢物来源于各种动植物残体及其它们的代谢物3.3.来源于施入的各种有机肥来源于施入的各种有机肥（二）土壤有机质的来源（二）土壤有机质的来源（三）土壤有机质的类型（三）土壤有机质的类型 依据有机物质的分解阶段和存在物理形态分为：依据有机物质的分解阶段和存在物理形态分为： （1 1）未分解的动植物

3、残体（原材料）未分解的动植物残体（原材料） （2 2）半分解的有机质：成为暗褐色小片）半分解的有机质：成为暗褐色小片 （3 3）腐殖质：腐殖质：有机质经过微生物分解和再合有机质经过微生物分解和再合成所形成的一类性质稳定，成分、结构其复杂成所形成的一类性质稳定，成分、结构其复杂的高分子化合物。的高分子化合物。（占土壤有机质的90%）（四）土壤有机质化学组成（四）土壤有机质化学组成（1 1）碳水化合物：单糖、多糖、淀粉、纤维素、）碳水化合物：单糖、多糖、淀粉、纤维素、果胶物质等果胶物质等（2 2）木质素：比较稳定，是形成腐殖质中心核）木质素：比较稳定，是形成腐殖质中心核的原始材料的原始材料（3 3

4、）含氮化合物：蛋白质、多肽、氨基酸）含氮化合物：蛋白质、多肽、氨基酸（4 4）脂溶性物质：如树脂、单宁、腊质等）脂溶性物质：如树脂、单宁、腊质等三、土壤有机质的转化及其影响因素三、土壤有机质的转化及其影响因素有机残体有机残体 矿化作用矿化作用mineralization腐殖化作用腐殖化作用humification 各种动、植物有机残体进入土壤后，在水分、温度、各种动、植物有机残体进入土壤后，在水分、温度、土壤微生物等因素的作用下，发生极其复杂的变化过程土壤微生物等因素的作用下，发生极其复杂的变化过程（土壤有机质的转化过程），（土壤有机质的转化过程），这些过程总的来说是向着这些过程总的来说是向着

5、两个方向进行：两个方向进行：（一）土壤有机质的矿化作用（一）土壤有机质的矿化作用1.矿化作用的概念：矿化作用的概念：有机物质在微生物的作用下分解成简有机物质在微生物的作用下分解成简单的无机化合物，并释放出矿质营养的过程单的无机化合物，并释放出矿质营养的过程2.矿化作用的意义矿化作用的意义（1）为作物生长释放出了营养元素）为作物生长释放出了营养元素-有效化过程有效化过程（2）为腐殖质形成提供了基本材料，成为腐殖化的前提。）为腐殖质形成提供了基本材料，成为腐殖化的前提。3.各种物质矿化作用各种物质矿化作用（1）糖类有机物质矿化：）糖类有机物质矿化：多糖多糖单糖单糖co2+h2o+heat(多）多）

6、 好气条件下好气条件下有机酸有机酸heat（少）（少） 半嫌气条件半嫌气条件ch4、h2、h2s+heat（极少）嫌气（极少）嫌气水解酶作用水解酶作用 己糖己糖淀粉淀粉半纤维素半纤维素纤维素；纤维素；糖类物质的分解是土壤中糖类物质的分解是土壤中生物活动的主要能源（生物热）。（生物活动的主要能源（生物热）。（45千卡热千卡热/g有机物）有机物）（2）含氮物质的分解）含氮物质的分解蛋白质蛋白质多肽多肽氨基酸氨基酸氨氨nh3硝酸根硝酸根no3-蛋白酶蛋白酶肽酶肽酶氨化细菌氨化细菌硝化细菌硝化细菌水解作用水解作用（hydrolyzation)氨化作用氨化作用(ammonification)硝化作用硝化

7、作用（nitrification)任何条件下任何条件下好气好气条件下条件下（3）含磷和硫化合物的分解）含磷和硫化合物的分解含磷和硫化合物含磷和硫化合物的分解的分解正磷酸盐正磷酸盐h2po4-、hpo4=、po43、正硫酸盐正硫酸盐 hso4-、so4= 好气条件好气条件偏磷酸盐和次磷酸盐偏磷酸盐和次磷酸盐h3po3、 h3po2 、h3p气体气体 h2s (黑根、毒害）黑根、毒害） 嫌气条件嫌气条件（二）土壤有机质的腐殖化作用（二）土壤有机质的腐殖化作用1.腐殖化概念腐殖化概念 腐殖化：腐殖化：有机物质在分解转化过程中，又重有机物质在分解转化过程中，又重新合成腐殖质的过程。新合成腐殖质的过程。

8、 腐殖化过程也就是有机碳从一种有机碳形式转化为另一种有机碳形式，也叫有机碳的周转。它是一种极端复杂的生物过程。2.2.土壤腐殖化过程土壤腐殖化过程-腐殖质的形成过程腐殖质的形成过程（假说阶段）（假说阶段） 腐殖化过程是以微生物为主导的生物和生化腐殖化过程是以微生物为主导的生物和生化过程，还有一些纯化学过程。过程，还有一些纯化学过程。 土壤腐殖质的形成阶段：土壤腐殖质的形成阶段： 第一阶段：第一阶段：微生物将动植物残体转化为腐殖微生物将动植物残体转化为腐殖质的组成成分；质的组成成分； 第二阶段：第二阶段：在微生物的作用下，各组成成分在微生物的作用下，各组成成分合成（缩合作用）腐殖质。合成（缩合作

9、用）腐殖质。 土壤有机物质分解转化是在微生物的作用下进行的，土壤有机物质分解转化是在微生物的作用下进行的，属于生物化学反应。属于生物化学反应。1.1.温度温度: :在在0 03535范围内，随着温度升高，有机物质分解速范围内，随着温度升高，有机物质分解速率增加。每上升率增加。每上升1010，土壤有机质分解速率升高，土壤有机质分解速率升高2 23 3倍。温倍。温度高于度高于4545和低于和低于00微生物的活性都会降低，有机物质分微生物的活性都会降低，有机物质分解速率变慢。高于解速率变慢。高于5050就是纯氧化反应。就是纯氧化反应。 南方土壤有机质含量低于北方土壤原因：温度增加南方土壤有机质含量低

10、于北方土壤原因：温度增加1010，有机质分解速率增加有机质分解速率增加2 23 3倍。倍。 （三）影响土壤有机质分解和转化的因素（三）影响土壤有机质分解和转化的因素2.土壤水分（通气性）：土壤水分（通气性）：微生物生命活动需要一定的湿度条微生物生命活动需要一定的湿度条件和通气条件。如果适度湿润且通气良好，土壤中的好气微件和通气条件。如果适度湿润且通气良好，土壤中的好气微生物活动旺盛，有机物质进行着好气分解，分解速度快、分生物活动旺盛，有机物质进行着好气分解，分解速度快、分解完全、矿化率高、中间产物少、养料释放多、不会产生有解完全、矿化率高、中间产物少、养料释放多、不会产生有毒物质；如果湿度过大

11、，水分堵塞了土壤孔隙，使通气状况毒物质；如果湿度过大，水分堵塞了土壤孔隙，使通气状况受阻，嫌气微生物活动旺盛，有机物质分解慢、不彻底、有受阻，嫌气微生物活动旺盛，有机物质分解慢、不彻底、有中间产物累积、释放还原性气体、产生环境效应、也影响植中间产物累积、释放还原性气体、产生环境效应、也影响植物生长。物生长。 水田不宜提倡秸秆还田，不用以牺牲环境为代价，换取水田不宜提倡秸秆还田，不用以牺牲环境为代价，换取增产增产. . 3.土壤特性：土壤特性：主要是指土壤的主要是指土壤的 ph条件。各类微生物最适活条件。各类微生物最适活动的动的ph条件：细菌条件：细菌中性；中性； 放线菌放线菌偏微碱性；偏微碱性

12、； 真菌真菌酸性酸性ph 36； 土壤土壤ph高于高于8.5和低于和低于5.5，都不适宜微生物活动。绝，都不适宜微生物活动。绝大多数微生物最适大多数微生物最适ph条件为中性。条件为中性。4.植物残体的特性：植物残体的特性：主要是有机物的物理状态和组成，包括：主要是有机物的物理状态和组成，包括：新鲜程度、细碎程度、植物组织的新鲜程度、细碎程度、植物组织的c/n以上是依据腐殖酸类物质溶解性进行分类与提取请注意三大类腐殖组分，尤其是胡敏酸（ha）和富啡酸（fa）土壤土壤用稀碱用稀碱（naoh）去除了动植物去除了动植物残体细土样残体细土样溶液溶液（腐殖酸）（腐殖酸）humic acids黑色残余物黑色

13、残余物(黑腐素、胡敏素）黑腐素、胡敏素）humin酸化酸化（hcl）黄色溶液黄色溶液（黄腐酸、富里酸、富啡酸）（黄腐酸、富里酸、富啡酸）fulvic acid，fa褐色沉淀褐色沉淀( (褐腐酸、胡敏酸褐腐酸、胡敏酸) ) humic acid，ha水浮选、手挑、静水浮选、手挑、静电吸附或采用比重电吸附或采用比重1.8或或2.0重液浮选重液浮选（轻组）（轻组）（一）土壤腐殖质分离与组成（一）土壤腐殖质分离与组成四、土壤腐殖质四、土壤腐殖质（二）土壤腐殖质的性质（二）土壤腐殖质的性质1、腐殖质的元素组成、腐殖质的元素组成 腐殖质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。腐殖质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元

14、素组成。 腐殖质含碳约腐殖质含碳约5560，所以，所以，一般以腐殖质分子的平一般以腐殖质分子的平均含碳量均含碳量58%作为有机碳和腐殖质的换算系数作为有机碳和腐殖质的换算系数（1.724=100/58）。）。腐殖质含氮约腐殖质含氮约36，平均为，平均为5.6，其，其c/n=10:112:1，且在不同的腐殖质中均为：胡敏素，且在不同的腐殖质中均为：胡敏素胡敏酸胡敏酸富啡酸。富啡酸。腐殖酸腐殖酸c（% %）h （% %）（o+s） （% %）n （% %）分子量分子量胡敏酸胡敏酸富啡酸富啡酸506045533.15.34.04.8314040502.85.91.64.389025506751450

15、我国土壤腐殖质的元素组成（南京土壤研究所）我国土壤腐殖质的元素组成（南京土壤研究所）2、腐殖质的化学结构、腐殖质的化学结构 分子结构非常复杂，有许多模式，但相对统一的认识分子结构非常复杂，有许多模式，但相对统一的认识是中心为芳香核（是中心为芳香核（疏水性基团疏水性基团），周围有许多支链化合物），周围有许多支链化合物（有许多功能团）成为网状结构特征。功能基团包含有：（有许多功能团）成为网状结构特征。功能基团包含有：羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。这些基等。这些基团成为腐殖质分子活性最强的部分，如带电性、吸附性、团成为腐殖质分子活性最强的部分，如

16、带电性、吸附性、亲水性等。亲水性等。种类种类 羧基羧基 酚羟基酚羟基 醇羟基醇羟基 醌基醌基 酮基酮基 甲氧基甲氧基 总酸度总酸度 ha 15-57 21-57 2-49 1-26 1-5 3-8 67fa 55-112 3-57 26-95 3-20 12-27 3-12 103腐殖质的含氧官能团含量（腐殖质的含氧官能团含量（m mol m）.kg-13、腐殖质的分子形状：、腐殖质的分子形状： 多数人认为是网状多孔结构多数人认为是网状多孔结构.现代用电子显微镜观察发现，现代用电子显微镜观察发现，腐殖质为非晶质物质，分子结腐殖质为非晶质物质，分子结构非常松散。大致呈无规则线构非常松散。大致呈无

17、规则线状，其结构受状，其结构受ph、溶液电解质、溶液电解质浓度的影响极大。浓度的影响极大。 ph 2-3 纤维、纤维束状纤维、纤维束状 ph 4-7 网状、海绵状网状、海绵状 ph 8-9 页状页状 ph 10 粒状粒状haha的的3d3d优化结构模型优化结构模型 4 4、带电性：、带电性：属于两性胶体。在酸性情况下带负属于两性胶体。在酸性情况下带负电荷，碱性情况下带正电荷。电荷来源主要是腐电荷，碱性情况下带正电荷。电荷来源主要是腐殖酸分子羟基解离和胺基质子化。带电量为殖酸分子羟基解离和胺基质子化。带电量为5005001200cmol/kg1200cmol/kg，随，随phph升高而升高。升高

18、而升高。5、溶解性：、溶解性：腐殖质是一种弱酸，可溶于碱溶液而生腐殖质是一种弱酸，可溶于碱溶液而生成腐殖酸盐。成腐殖酸盐。富啡酸富啡酸溶于水、酸、碱溶于水、酸、碱；胡敏酸；胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱不溶于水和酸，但溶于碱；富啡酸的富啡酸的一价、二价盐溶于水一价、二价盐溶于水，三价盐几乎不溶于水三价盐几乎不溶于水；胡敏酸的胡敏酸的一价盐溶于水一价盐溶于水，但，但二价、三价盐几乎不溶于水二价、三价盐几乎不溶于水。 在温带条件下，一般植物残体的在温带条件下，一般植物残体的半分解周期半分解周期少于少于3个个月，植物残体形成的新的有机质的月，植物残体形成的新的有机质的半分解期半分解期为为4.7-9年，

19、年，而胡敏酸的而胡敏酸的平均停留平均停留时间为时间为780-3000年，富啡酸的年，富啡酸的平均平均停留停留为为200-630年。年。8、稳定性：、稳定性：7、吸水性：、吸水性：是一种亲水胶体，是一种亲水胶体， 最大吸水量可以超过最大吸水量可以超过500%6、络合性：、络合性：络合物的稳定性随络合物的稳定性随ph值的升高而增大。值的升高而增大。 在在ph4.8时能与时能与fe、al、ca等离子形成可溶性络合等离子形成可溶性络合物，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。物，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。 土壤有机质含有大量而全面的植物养分。土壤有机质含有大量而全面的植物养分。 1.碳素营养：碳素循环

20、是地球生态平衡的基础；碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础； 2.氮素营养：土壤有机质中的氮素占土壤全氮的氮素营养：土壤有机质中的氮素占土壤全氮的90-98%； 3.磷素营养：土壤有机质中的磷素占土壤全磷的磷素营养：土壤有机质中的磷素占土壤全磷的20-50%； 4.其他营养：其他营养：k、na、ca、mg、s、fe、si等营养元素；等营养元素； 5.腐殖酸的络合和螯合，防止了某些金属如腐殖酸的络合和螯合，防止了某些金属如cu、zn沉淀，沉淀，提高了有效性；提高了有效性； 6.有机酸促进了矿物风化、溶解释放其养分。有机酸促进了矿物风化、溶解释放其养分。 有机物质是多元素的长效肥有机物质是多元素

21、的长效肥五、土壤有机质的作用五、土壤有机质的作用（一）提供作物需要的各种养分（一）提供作物需要的各种养分a.a.在土壤肥力方面的作用在土壤肥力方面的作用（二）促进土壤微生物的活动（二）促进土壤微生物的活动1.促进良好结构体形成。促进良好结构体形成。2.增加土壤粘结性、粘着性、胀缩性和可塑性，改善土增加土壤粘结性、粘着性、胀缩性和可塑性，改善土壤耕性。壤耕性。3.降低土壤砂性，提高保蓄性。降低土壤砂性，提高保蓄性。4.促进土壤升温。促进土壤升温。（三）促进团粒结构形成，改善物理性质（三）促进团粒结构形成，改善物理性质 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。土壤具有很强的蓄

22、水能力。土壤中的粘粒吸水力一般为中的粘粒吸水力一般为50506060，而腐殖质可高达，而腐殖质可高达400400600600。 土壤腐殖质表面功能团可以解离带有负电，因而可土壤腐殖质表面功能团可以解离带有负电，因而可以吸附大量的阳离子型养分，避免了水流淋失，但可以吸附大量的阳离子型养分，避免了水流淋失，但可以通过离子交换从腐殖质表面解吸下来，供作物吸收以通过离子交换从腐殖质表面解吸下来，供作物吸收利用。利用。 土壤有机质有很高的阳离子交换量，能显著提高土土壤有机质有很高的阳离子交换量，能显著提高土壤对酸碱的缓冲性。壤对酸碱的缓冲性。（四）增强土壤的蓄水保肥能力和缓冲性（四）增强土壤的蓄水保肥能

23、力和缓冲性1.1.能改变植物体内糖类的代谢，促进还原糖的积累，能改变植物体内糖类的代谢，促进还原糖的积累，提高细胞渗透压，从而增加植物的抗旱力。提高细胞渗透压，从而增加植物的抗旱力。2.2.能促进过氧化酶的活性，加速种子发芽和养分吸收能促进过氧化酶的活性，加速种子发芽和养分吸收过程，从而增加植物的生长速度。过程，从而增加植物的生长速度。3.3.胡敏酸具有芳香族的多元酚官能团，可以加强植物胡敏酸具有芳香族的多元酚官能团，可以加强植物的呼吸过程，提高细胞膜的透性，促进养分进入植物的呼吸过程，提高细胞膜的透性，促进养分进入植物体，还能促进新陈代谢，细胞分裂，加速根系和地上体，还能促进新陈代谢，细胞分

24、裂，加速根系和地上部分的生长。部分的生长。 （五）（五） 促进植物的生长、提高植物的抗逆性促进植物的生长、提高植物的抗逆性（一）有机质对重金属污染的影响（一）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。腐殖酸是重金属离子的络合剂。（二）有机物质对农药污染的影响（二）有机物质对农药污染的影响 胡敏酸可使残留在土壤中的某些农药如胡敏酸可使残留在土壤中的某些农药如d.d.td.d.t、三氮杂、三氮杂苯等溶解度增大，加速淋出土体，减少对农作物危害。苯等溶解度增大，加速淋出土体，减少对农作物危害。（三）土壤有机质对全球碳平衡的影响（三）土壤有机质对全球碳平衡的影响 土壤有机质是全球碳循环系统中

25、非常重要的碳库，在土壤有机质是全球碳循环系统中非常重要的碳库，在全球碳平衡链条中占据极其重要的地位。全球碳平衡链条中占据极其重要的地位。b.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.生态平衡原则生态平衡原则 在各种环境条件下，土壤有机质矿化和腐殖化处于相在各种环境条件下，土壤有机质矿化和腐殖化处于相对平衡状态，故土壤有机质含量一般是相对稳定的；对平衡状态，故土壤有机质含量一般是相对稳定的； 在特定的气候带，特定植被条件下，土壤有机质积累在特定的气候带，特定植被条件下，土壤有机质积累到一定数量时，将保持较稳定的数值，不可能上升到惊人到一定数量时，将保持较稳定的数值，不可能上升到惊人

26、的水平；的水平； 有机质含量下降要比提高快。有机质含量下降要比提高快。 ( (东北黑土开垦后退化东北黑土开垦后退化) )2.2.经济原则经济原则 超量使用有机肥或其它大量的有机物质是不现实的、超量使用有机肥或其它大量的有机物质是不现实的、更是不经济的，必须按照经济原则培肥土壤。更是不经济的，必须按照经济原则培肥土壤。 （有机无机并重）（有机无机并重）六、耕地土壤有机质的调节六、耕地土壤有机质的调节 （一）提高土壤有机质含量的原则（一）提高土壤有机质含量的原则1.1.增加土壤有机质的措施增加土壤有机质的措施（1 1）施用有机肥）施用有机肥 主要的有机肥源包括：主要的有机肥源包括：绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼肥、河泥、塘泥沤肥、饼肥