04 第四讲土壤有机质07

1、大气圈土壤营养库Soil-Plant-Air Continuity岩石风化物1第二章 土壤有机质Organic matter土壤有机质：存在于土壤中所有含碳的有机物质，包括动植物残体、微生物，及其分解和合成的各种有机物质。2一、主要内容组成与来源土壤微生物分解与转化腐殖质的形成与性质有机质的管理3二、基本问题土壤有机质累积是土壤形成的标志有机质的形成与转换过程是有机界和无机界联系的纽带有机质的形成与转化中使能量进入土壤有机质含量的多少决定着土壤性质土壤有机质含量变化影响到全球变化过程4土壤生态系统中物质循环56 三、来源与组成来源：生物体（植物、动物、微生物）、施肥、工农业和生活用水、废渣、有

2、机农药等组成：C(5258)、O (3439)、 H (3.34.8)、 N (3.74.1)，还有P和S。C/N比约为10类型：非特异性（碳水化合物、木质素、蛋白质等）和土壤腐殖质(Humic substances)含量：从不足0.5到20以上变化，与气候、植被、地形、土类和耕作方式关系密切。7土壤有机质类型及特点土壤有机质是进入土壤的所有机物质非特异性有机质结构简单且已知的一些有机化合物、蛋白质、糖类、有机酸形成腐殖质的物质基础、养分来源、能量来源土壤腐殖质是在微生物作用下由多酚类物质聚合成而形成的高分子有机化合物在结构和性质有共同点、最难降解，为土壤有机质的呈黄色、棕黑色结构简单物质结构

3、复杂物质8土壤有机质变化植物残体进入土壤几个月，可溶性部分很快矿化，或形成微生物。经1年左右降解，2/3有机质已CO2形式释放。木质素等植物残体碳分解缓慢，以腐殖质形式存在于土壤中，占剩余1/3有机质的1030土壤中的有机质比近地表有机质分解慢9土壤中的生态系统大量微生物存在于土壤中，以土壤有机质为食物和能量来源10Soil is aliveFor example, in 1g of soil:100,000,000 bacterial cells11,000 species of bacteria Also fungi and larger animals11Macrofauna: Soil

4、 Engineers12TermiteSnailEarthwormVoleSoil AnimalsCentipedePseudoscorpion白蚁田鼠假蝎13Decomposition (shredding residues) Mixing soil (aeration)Soil animals are important for14Mesofauna: Soil predators, pathogens, herbivores15Soil mesofaunaNematodesMites螨虫16Microorganisms: Soil process controllers17Soil mi

5、croorganisms FungiBacteriaFungi18Fungi Filamentous growth What are the advantages of filamentous habit? 19Fungi Filamentous growth Functionally critical! -Wood degrading -Mycorrhizal associationmyco (fungus) + rhiza (root)(Symbiotic structure formed by a fungus plus a plant)20四、土壤微生物土壤微生物是有机质分解与转化的重

6、要推动者，有细菌、真菌和放线菌等类型细菌 单细胞 形状多样 自养/异养 喜湿好/嫌气真菌 单/多细胞 丝状 异养 耐酸好气放线菌 单细胞 异养 耐干旱高温 好气藻类 低等植物 光合作用 湿润 光照足21土壤微生物根据对营养和能源要求，微生物有化能有机营养型、化能无机营养型、光能有机营养型、光能无机营养型。根据呼吸特点，好气性微生物有氧呼吸、厌氧性微生物的无氧呼吸、兼厌氧性微生物兼性呼吸22影响微生物活动的因素温度：影响微生物的活性水分及有效性：影响溶液浓度、渗透压酸碱度：有最适范围土壤通气状况及氧化还原电位生物因素：微生物本身特性土壤管理措施:耕作和化学物质23土壤微生物的分布不同土壤类型中生

7、存有不同的微生物 黑钙土棕壤灰化土 水稻土砖红壤土壤剖面层中微生物的数量和种类不同 由表层向下逐渐减少24五、土壤有机质的分解转换简单有机化合物 碳氢化合物2O2 CO22H2O能量 实质：简单化过程；养分和能量释放过程动力：微生物活动。好气时迅速彻底，嫌气时缓慢有中间产物，极嫌气时有还原物H2 CH4形成（不利于植物）酶氧化25碳素循环模式26地表碳循环过程地表碳循环过程27土壤碳形态有机碳：存在于动植物有机体中 土壤腐殖质无机碳：存在于岩石、矿物中28土壤有机质的分解转换含氮有机质：含氮物质 氨基酸 氨 硝酸、硝酸盐 硝酸 氮气 硝化氨化好气 反硝化嫌气水解酶29氮素循环模式3031N2

8、FixationPlant and Animal ResiduesIndustrial ProcessesFertilizerLightning, RainfallAtmosphereOrganic MatterVolatilizationLeachingN2, N2O, NOInteractive Nitrogen CycleR-NH2 + Energy + CO2R-NH2 + H2OR-OH + Energy + 2NH3Soil exchange sites2NH4+ + 2OH-2NO2- + H2O + 4H+2NH4+ + 2OH-NO3- PoolPlant/Microbial

9、 SinkPlant Loss32转化过程水解作用：形成氨基酸氨化作用：氨基酸分解放出氨的过程消化过程：氨被氧化成硝酸或硝酸盐的 过程反消化过程：在通气不好时硝态氮被还 原成氮气 可逆过程关系到土壤的供肥与保肥33土壤氮形态有机氮：占全氮的95以上，存在于土壤中的动植物残体、有机质和腐殖质中无机氮：硝态氮、氨态氮、氮气土壤全氮：34土壤磷和硫土壤磷决定于母质与肥料。由无机磷和有机磷两类，有机磷一般占全磷的2050。磷循环与转化：除小部分来自干湿沉降外，来自母质和施肥。除隧土壤侵蚀流失外，基本不发生淋失。主要在土壤植物微生物间循环 。无机磷被次生矿物吸附固定，有机磷随腐殖质累积而增加 35磷素循

10、环模式36土壤磷的形态无机磷化物：水溶态、吸附态（H2PO4-、 H2PO42- 、 H2PO43- ）和矿物态（磷酸钙盐），其中矿物磷占无机磷99以上有机磷化物：存在于有机体和有机质中，一般占表层土壤全磷的208037硫素循环模式来源：母质、灌溉和大气干湿沉降输出：以硫酸根形态被植物吸收，因属阴离子，不易固定易流失转化：有机硫的矿化与固定，矿质硫被吸附和解吸38土壤硫的形态无机硫：难溶性（FeS2、ZnS、以及石膏等硫酸盐矿物），水溶性（SO42-）和吸附态（胶体吸附的SO42- ）有机硫：存在于动植物残体和腐殖质中39六、影响分解转化的因素生物体特性：幼嫩、木质素含量低易分解，C/N大小影

11、响分解速度（25：1）气候：温度和降雨影响土壤水分、通气及微生物活动，微生物活动最佳温度为35C左右土壤：结构、组成和酸碱性影响土壤水热和微生物活动，粘粒吸附分解产物，催化腐殖质形成，游离态Ca2离子含量也影响分解转化(形成有机无机复合体)微生物：种类、数量，活性40七、土壤腐殖质土壤有机质的一种腐殖质为呈黄至棕黑色的高分子有机物腐殖质不易分解，难溶于水，腐殖化过程是有机质积累的本质腐殖质与粘土结合形成的有机无机复合，土壤有机质主要存在于粘粒部分41土壤腐殖质的形成土壤腐殖质的形成可能是多途径的，由于分子结构复杂，目前对形成机理仍不很明kunkun42腐殖质类型及特点分离腐殖质十分困难，目前只是根据其在碱、酸溶液中的溶解度不同来区别组分类型 胡敏酸：不溶于水和酸，溶于碱 富里酸：可溶于水、酸、碱，颜色最浅 胡敏素：不溶于水、酸、碱，颜色最深43腐殖质分类及性质44腐殖质的性质物理性质：表面积大亲水胶体，吸水性强，整体呈深黑色。最大吸水量可超过自身重量的500化学性质：酸度为胡敏素胡敏酸2mm砾石含量（体积）5152九、有机质管理改良：施用有机肥、秸秆还田，通过控制水、气调节分解速度，耕作（免耕），改良土壤保护：防止水土流失、53十、土壤有机质的分布指标:有机质含量 在剖面中的分布 有机质的成分：胡敏酸/富里酸规律:由黑土带到砖红壤带,土壤