第二章土壤有机质2.ppt

1、第二章第二章 土壤有机质土壤有机质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，一般把耕层含土壤学中，一般把耕层含有机质有机质20%以上以上的土的土壤壤,称为有机质土壤称为有机质土壤，在，在20%以下的土壤，称以下的土壤，称为为矿质土壤矿质土壤,但耕作土壤中，表层有机质的含但耕作土壤中，表层有机质的含量通常在量通常在5%以下。以下。l土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类土壤有机质含量与气候、植被、地形、土

2、壤类型、农耕措施密切相关。型、农耕措施密切相关。l目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言言,北方土壤有机质含量高于南方土壤。北方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%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状态：进入土壤中的有机物质呈现三种状态：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

3、分解的动、植物残体l腐殖物质腐殖物质（1）非腐殖质物质；）非腐殖质物质；（2）腐殖质。）腐殖质。腐殖物质腐殖物质 （Humic Substance) 非腐殖物质非腐殖物质 （Non-Humic Substance)非腐殖质物质（枯枝落叶和半分解的）等可用非腐殖质物质（枯枝落叶和半分解的）等可用机械方法把它们从土壤中分离出，占土壤有机械方法把它们从土壤中分离出，占土壤有机质的机质的10-15%；而腐殖质与土粒紧密结合，不能用机械方法把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离出，只能用化学方法从土它们从土壤中分离出，只能用化学方法从土壤中提取，占土壤有机质的壤中提取，占土壤有机质的

4、8以上，是以上，是土壤有机质的主体。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，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释放出矿质营养的过程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、较稳定使简单的有机化合物形成新的、较稳定的有机化合物（腐殖质），使有机质及的有机化合物（腐殖质），使有机质及其养分保蓄起来的过程其养分保蓄

5、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l单糖、淀粉单糖、淀粉l蛋白质蛋白质 粗蛋白粗蛋白l半纤维素半纤维素l纤维素纤维素l脂肪、蜡质脂肪、蜡质l木质素木质素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） l 甘油甘油l脂肪脂肪l 脂肪酸脂肪酸 按碳水化合物分解按碳水化合物分解l单宁和木质素的分解比脂肪更慢。单宁和木质素的分解比脂肪更慢。磷细菌 水解 KNaCa2l主要是含硫蛋白质；含S有机物 含S氨基酸 S H2SO4（好气条件） H2S H2S累积（嫌气条件

6、） (Humification)*l进入土壤的有机质在微生物进行的生化进入土壤的有机质在微生物进行的生化过程和一些纯化学过程的共同作用下，过程和一些纯化学过程的共同作用下，形成腐植质的过程。形成腐植质的过程。l腐植质是由土壤有机物质（或原有的腐腐植质是由土壤有机物质（或原有的腐植质）的有机分解产物重新合成而成的。植质）的有机分解产物重新合成而成的。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目前关于腐植质形成的主要学说有四：目前关于腐植质形成的主要学说有四：糖糖-胺缩合学说、多酚学说、起源于木质胺缩合学说、多酚学说、起源于木质素的多酚学说、木质素学说。这几种途素的多酚

7、学说、木质素学说。这几种途径在土壤中可能都存在，但在不同条件径在土壤中可能都存在，但在不同条件下的重要性不同。下的重要性不同。（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1.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

8、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

9、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、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，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。此外还有氨基酸、多肽及碳水化合物。-富里酸含羧基比胡敏酸多，所以酸性较富里酸含羧基比胡敏酸多，所以酸性较强。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。二、

10、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（）游离态的腐殖质，在一般土壤中占极少部分。占极少部分。l（）与矿物中强盐基化合成稳定的盐（）与矿物中强盐基化合成稳定的盐类，主要为腐殖酸钙镁等。类，主要为腐殖酸钙镁等。l （）与含水三氧化物化合成复杂的凝（）与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体。胶体。 l（）与粘粒结合成有机无机复合体。（）与粘粒结合成有机无机复合体。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，而是代而是代表一类有着特殊化学和生物性，构造复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。杂

11、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、S、Ca等。腐殖质含碳量约等。腐殖质含碳量约为为5660，平均为，平均为58。含氮量约为。含氮量约为36(平均为平均为56)，其，其碳碳/氮氮比例大比例大致为致为1012/1，灰分占，灰分占06。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还没有确定，但它们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，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有

12、含氮的环状化合物。其中主要的功能团。其中主要的功能团为羟基（一为羟基（一OH）、羧基（一）、羧基（一COOH）、甲）、甲氧基（一氧基（一OCH3）等。）等。l4.腐殖质带电性腐殖质带电性：腐殖质带有电荷腐殖质带有电荷，并且，并且是两性胶体，在通常情况下，它所带的电是两性胶体，在通常情况下，它所带的电荷是负的荷是负的 带电性及阳离子吸附能力带电性及阳离子吸附能力 -腐植酸分子上有许多功能团，主要的有腐植酸分子上有许多功能团，主要的有羟基、酚羟基、醇羟基等。这些基团的羟基、酚羟基、醇羟基等。这些基团的解离，是负（正）电荷的主要来源。解离，是负（正）电荷的主要来源。 -腐植质的负电荷属于可变电荷，腐

13、植质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、溶解性 -胡敏酸不溶解于水，但其钾、钠、铵盐胡敏酸不溶解于水，但其钾、钠、铵盐可以溶于水。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。5腐殖质的凝聚腐殖质的凝聚：腐殖质是带负电荷的有：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，形成的腐殖质胶粒在水中呈分散的镕胶液，但增加电解质浓度或高价离子，则电性中和但增加电解质浓度或高价离子，则电性中和而相互凝聚，形成凝胶。而

14、相互凝聚，形成凝胶。腐殖质在凝聚过程中可使土粒胶结在一起，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，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，形成凝胶。腐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，所以能成水稳性殖质这种变性是不可逆的，所以能成水稳性团粒结构。团粒结构。6.吸水性吸水性：腐殖质是一种亲水胶体，有：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的水量是硅酸盐粘土矿物的45倍，最大倍，最大吸水量可以超过吸水量可以超过500%。最大吸湿水量。

15、最大吸湿水量可达本身一倍以上。可达本身一倍以上。7.稳定性稳定性 ：稳定性很强，年矿化率平均：稳定性很强，年矿化率平均1% 2%之间。之间。l腐植酸整体呈黑色；l胡敏酸呈褐色，胡敏素为黑色，富里酸为黄色。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在干旱条件下发育的土壤所含的腐殖酸酸以褐腐酸以褐腐酸为主，且多与为主，且多与Ca2+结合。按结合。按C量计量计算，全部褐腐酸约占腐殖质的算，全部褐腐酸约占腐殖质的38%-56%。淋。淋溶黑土腐殖质中，褐腐酸仅占溶黑土腐殖质中，褐腐酸仅占30%左右，且有左右，且有相当数量与相当数量与P2O5结合，结合，红壤中褐腐酸的含量红壤中褐腐酸的含量仅仅6%

16、-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，是土壤腐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可作为土壤肥力与熟化程度的标志 （一）植物养分的重要来源（一）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土壤有机质含有大量而全面的植物养分，、和微量元素等，特别是氮分，、和微量元素等，特别是氮素，土壤中的氮素素，土壤中的氮素9595以上是有机态的，以上是有机态的，经微生物分解后，转化为植物可直接吸收经微生物分解后，转化为植物可直接吸收利用的速效氮。利用的速效氮。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

17、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。l 腐殖质本身疏松多孔腐殖质本身疏松多孔,具有很强的蓄水具有很强的蓄水能力。土壤中的粘粒吸水力一般为能力。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。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

18、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。-腐殖质的粘结力大于砂粒，小于粘粒，腐殖质的粘结力大于砂粒，小于粘粒，因此可以改善砂土或粘土的粘结性及耕因此可以改善砂土或粘土的粘结性及耕性。性。 -促进团粒结构的形成，从而改善通透性；促进团粒结构的形成，从而改善通透性； -加深加深土色，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（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

19、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（三（三）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

20、比。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；激发比率1,负激发，可以增腐殖质含量激发比率受一系列因素影响问题：给土壤使入有机肥，就一定能提高反应殖质含量吗？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一般以腐殖化系数衡量植物残体对土壤有一般以腐殖化系数衡量植物残体对土壤有机质形成量贡献的大小。机质形成量贡献的大小。l单位重量有机碳在土壤中分解一年后残留碳的分数，称为腐殖化系数腐

21、殖化系数。 腐殖化系数：通常将每克有机物（干重）施通常将每克有机物（干重）施入土壤后，所能分解转化成腐殖质的克数入土壤后，所能分解转化成腐殖质的克数（干重），称之为腐殖化系数。通常为（干重），称之为腐殖化系数。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条件而异，如：水田的腐殖化系数大于旱地。地。 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0.4

22、2(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 进入土壤的有机质包括从土壤外所有来源进入土壤的有机质的量。 若：Y=X 平衡 YX 亏损1. 1. 土壤有机质土壤有机质 2.2.土壤腐殖质土壤腐殖质 3. 3. 矿化作用矿化作用 4. 4. 腐殖化作腐殖化作用用 7. 7. 腐殖化系数腐殖化系数 8. C/N 9.8. C/N 9.氨化作用；氨化作用；10、硝化作用；、硝化作用；11、反硝化作用、反硝化作用、12.有机质矿化率有机质矿化率1. 1. 什么叫土壤有机质什么叫土壤

23、有机质? ?包括哪些形态包括哪些形态? ?其中哪种最重要其中哪种最重要? ?2. 2. 增加土壤有机质的途径有哪些增加土壤有机质的途径有哪些? ? 3. 3. 叙述土壤有机质在土壤肥力和生态环境上的意义和作用叙述土壤有机质在土壤肥力和生态环境上的意义和作用? ?4.4.影响土壤有机质转化的条件是什么影响土壤有机质转化的条件是什么? ?其中最主要的条件是哪其中最主要的条件是哪一种一种? ?为什么为什么? ?5. 5. 分析秸秆直接还田往往对下茬作物幼苗的影响，分析秸秆直接还田往往对下茬作物幼苗的影响，秸秆直接还秸秆直接还田应注意的问题。田应注意的问题。6.比较胡敏酸和富里酸在分子量、酸性、溶解度

24、、稳定性和比较胡敏酸和富里酸在分子量、酸性、溶解度、稳定性和颜色等方面的异同。颜色等方面的异同。 ( (一一) )基本概念基本概念( ( 二）问答题二）问答题作业作业l1、土壤，、土壤，2、肥料，、肥料，3土壤肥力，土壤肥力，4土壤生产力，土壤生产力，5、矿物，、矿物，6、岩石，、岩石，7、成土母质，、成土母质，8、原生矿物，、原生矿物，9、次生矿物，、次生矿物， 10、风化作用，、风化作用，11、物理风化，、物理风化，12、化学风化，、化学风化，13、生物风化，、生物风化，14、粒级，、粒级，15、土壤质地，土壤质地，16、土壤机械组成，、土壤机械组成，17、矿质化过程，、矿质化过程，18、

25、腐殖化过程，、腐殖化过程，19、氨化过程，、氨化过程，20、硝化作用，、硝化作用，21、反硝化作用，、反硝化作用，22、土壤有机质矿化率，、土壤有机质矿化率，23、腐殖化系数。腐殖化系数。l二、填空题l1、岩石矿物风化作用的类型一般分为_、_和_三种类型。l2、粒级划分标准有许多种，但一般都把土粒分为_ 、 _ 、 _和_四个基本粒级。 l3 、土壤有机质的转化过程包括两个不同的方面为 、和 。l4 、一般把土壤质地可划分 、 、 、三大类别。l5、土壤腐殖质是由 、 、 三类不同的腐殖物质组成。l6、.土壤腐殖酸的两种主要类型是： 、 。 l8、自然界的土壤就其形成过程来说，可分为、自然界的

26、土壤就其形成过程来说，可分为 和和 。土壤的本质属性是土壤的本质属性是 。l9、农业生产上应用的肥料可分为、农业生产上应用的肥料可分为 、 和和 。l10、自然界中的矿物有、自然界中的矿物有 、 和和 三种形态。根据矿三种形态。根据矿物的成因可分为物的成因可分为 和和 两类。两类。l11、鉴定矿物的主要物理性质有、鉴定矿物的主要物理性质有 、 、 、 、 和和 。l12、主要的成土岩石一般分为、主要的成土岩石一般分为 、 和和 三大类。三大类。l13、土壤物理性黏粒与物理性砂粒的分界点是、土壤物理性黏粒与物理性砂粒的分界点是 毫米。毫米。 l14、土壤颗粒分为石砾、土壤颗粒分为石砾、 、粉粒和

27、、粉粒和 4个不同级别。个不同级别。l15、土壤、土壤4大肥力因素是大肥力因素是 、 、 和和 。 l（ ）1. 物理风化作用使岩石由大块变成小块，但不能释放养分。l（ ）2. 沙质土中矿质土粒主要是沙粒、粉沙粒，不含粘粒。l（ ）9. 通过大量施用有机肥料可以改变土壤质地。 l（ ）10.矿质土粒的分级，以其大小、性质分为砂土、壤土、粘土三个等级。l（ ）76、砂质土粗粒多，比表面积大，养分含量低，毛管性能好，作物反映“发小不发老”，土温易上升，称为热性土，耕性差。l（ ）111、自然界已经发现的矿物中，绝大多数是化合物、结晶质、固态的。l（ ）112、化学风化能彻底改变了岩石的矿物组成和性质。l（ ）113、母质的水、肥、气、热已经能很好地统一，具备完整的肥力。l（ ）114、生物的出现才能使母质中养分的累积和集中成为可能。l（ ）115、土壤颗粒由粗到细养分含量逐渐增加。l（ ）116、土壤与岩石的根本区别在于土壤具有肥力，能生长植物收获物。l（ ）117、母质的吸附能力很强大，能够使风化释放出的养分保