《土壤学》课件第3章 土壤生物与土壤有机质

1、第三章 土壤生物与土壤有机质 第一节 土壤生物第二节 土壤有机质的来源与转化第三节 土壤腐殖质第四节 土壤有机质的作用与管理第一节 土壤生物土壤中的生物第一节 土壤生物一、土壤微生物1、病毒个体最小数量最多，1010个/g引起植物和动物病害可控制杂草和有害昆虫进入地下水第一节 土壤生物一、土壤微生物2、细菌土壤中重要的生物数量少于病毒，108109个/g生物量低于真菌参与物质代谢第一节 土壤生物一、土壤微生物2、细菌按营养类型划分光能营养型：蓝细菌、藻类、高等植物化能营养型：化学物质为能源自养型（CO2，无机营养型）：NH4、Fe2、NO2、S2-、S2O32-异养型（有机营养型）：大多数细菌

2、第一节 土壤生物2、细菌根据需氧情况划分需氧（好气）细菌大多数细菌、霉菌、放线菌厌氧（厌气）细菌产甲烷细菌、脱硫弧菌兼厌气性细菌酵母菌、大肠杆菌、某些硝酸硫酸还原细菌等氧气与微生物生活的关系微生物类群氧气的影响需氧性微生物专性需氧性需氧才能生活兼性需氧性有氧生活更好微需氧性仅需低于大气中含氧量的条件厌氧微生物微耐氧性不需要氧，有氧时也可以生活严格厌氧性氧有毒害作用第一节 土壤生物2、细菌按温度、pH划分土壤常见细菌节细菌链霉菌假单胞菌芽孢杆菌蓝细菌第一节 土壤生物3、真菌数量较多生物量最大：几百米长/g 土分解有机残余物：异养生物4、藻类含叶绿素的真核生物生物结皮，促进土壤形成5、地衣真菌和藻

3、类的共生体促进土壤发生第一节 土壤生物二、根际微生物根际：根系及其影响范围根际效应：离根越近，微生物越多根土比：根际和非根际土壤的微生物数量之比1、有益作用改善植物营养产生生长调节物质分泌抗生素类物质产生铁载体根际微生物的活动和作用微生物活动作用呼吸作用还原Fe3+、Mn4+离子分泌质子和有机酸酸化根际，溶解某些金属养分元素释放毒素抑制某些微生物和植物的生长分泌铁载体活化铁氧化还原作用增加或降低铁锰有效性硝化作用增加NO3-浓度溶磷作用提高磷有效性固氮作用增加有效氮供应反硝化作用导致气态氮损失真菌与植物共生扩大宿主植物根系吸收面，增加磷和微量元素吸收第一节 土壤生物二、根际微生物2、不利影响竞

4、争养分连作病害毒性物质第一节 土壤生物 三、土壤环境和管理对土壤微生物的影响1、影响土壤微生物的环境因素温度水分pH氧气能量和养分第一节 土壤生物 三、土壤环境和管理对土壤微生物的影响2、土壤管理对微生物的影响耕作：常规、少耕、免耕施肥化学制剂：农药、杀虫剂其它措施：调节pH第一节 土壤生物四、土壤动物种类繁多，数量庞大作用破碎生物残体参与土壤物质和能量转化按系统分：原生、扁形、线性、软体、环节、节肢、脊椎动物门按大小分：小型（20 mm)按食性分：落叶食性、材食性、腐殖、植、苔藓、菌、藻、细菌、捕食、尸、粪、杂、寄生第一节 土壤生物四、土壤动物1、原生动物真核单细胞动物大小：微米毫米数量：1

5、04105个/g种类鞭毛虫变形虫纤毛虫有壳虫第一节 土壤生物四、土壤动物2、后生动物线形动物：线虫、轮虫环节动物：蚯蚓、线蚓其它动物节肢动物：蜘蛛、蜱螨多足纲：马陆、蜈蚣昆虫纲：跳虫、白蚁、马义、蝉、原尾虫脊椎动物：蛇类、鼠类土壤生物的作用1、促进养分循环构成生态食物链分解有机物，产生矿质养分2、活化土壤养分硝化、反硝化作用固氮作用溶磷作用增加或降低铁锰有效性5、净化污染物4、改善土壤结构土壤生物的食物链土壤中生物的食物链植物残落物动物尸体、粪便垃圾以植物残体为食料的微生物以植物残体为食料的微动物以微生物为食料的动物、原生动物以土壤动物为食料的动物食肉动物细菌放线菌真菌蚯蚓、螨类甲虫、蜗牛螨类

6、白蚁蜈蚣、蜘蛛线虫、蜗牛蚂蚁蜈蚣甲虫尸体粪便形成腐殖质，释放养料第二节 土壤有机质的来源与转化一、来源与形态1、土壤有机质广义：土壤中各种动植物残体、微生物体及其分解和合成的有机物质的总称狭义：土壤腐殖质2、形态新鲜的动植物残体半分解的有机物质腐殖质8590%：非常复杂第二节 土壤有机质的来源与转化3、化学组成C、H、O、N为主，部分灰分元素糖、有机酸、醛、醇、酮纤维素和半纤维素木质素含氮化合物树脂、油脂、蜡质、单宁等第二节 土壤有机质的来源与转化4、土壤中的含量一般16%；范围0.520%有机质土壤；矿质土壤我国南方东北华北、西北水田、旱地第二节 土壤有机质的来源与转化二、分解与转化1、矿质

7、化定义：有机无机；复杂简单1）糖类多糖单糖CO2 + H2O + 热能多 (好气条件)多糖有机酸 + CH4 + H2 + CO2 + H2O + 热能少 (厌氧)2）脂肪、树脂分解缓慢，不彻底 H2O + CO2 + 热能有机酸多酚类第二节 土壤有机质的来源与转化3）纤维素、木质素分解缓慢4）含N有机化合物水解作用：蛋白质多肽氨基酸氨化作用：氨基酸氨硝化作用：氨 硝态氮反硝化作用：硝态氮NO2、NO、N25）含P、S有机化合物核蛋白核酸磷酸植物组织和土壤有机质的部分组成第二节 土壤有机质的来源与转化二、分解与转化2、腐殖化定义：土壤中动植物残体或施入的有机肥料在微生物作用下形成腐殖质的过程中

8、间产物复杂、特殊化合物有机物质相对简单的有机化合物腐殖质两阶段分解：产生原始材料合成：重新合成土壤有机质腐殖化的两个阶段阶段 1：有机物料分解产生原材料OHOHOOOO+ 2RCH(NH2)COOH OHOHNHRCOOHNHRCOOH阶段 2：重新合成多种功能团：羟基(COOH),酚羟基(OH),醇羟基(OH),甲氧基(OCH3),氨基(NH2),酮基(C=O)第二节 土壤有机质的来源与转化三、影响土壤有机质转化的因素1、有机物本身的物质组成易分解成分：糖和蛋白质纤维素木质素C/N比值：25:1C/P：200300:1C/S：200400:12、有机物质状态鲜嫩程度含水多少粉碎程度第二节 土

9、壤有机质的来源与转化三、影响土壤有机质转化的因素3、土壤条件通气：好，易矿化水分：适当温度：2535酸碱性：pH68土壤质地第三节 土壤腐殖质一、概念特殊的高分子化合物，结构复杂，性质稳定是混合物主体是腐殖酸和它的盐吸附其它简单化合物二、组分胡敏素：黑色，不溶胡敏酸（HA）：分子量大，改善土壤结构富里酸（FA）：酸性强，促进养分有效化土样磨碎过筛后的土样黑色残余物（胡敏素）溶液褐色沉淀（胡敏酸）黄色溶液（富里酸）除去动植物残体碎屑用NaOH稀液浸提过滤酸化过滤分子量大、芳化度高、不溶于水、C、N多、稳定性高分子量小、芳化度低、可溶于水、O、S多、活性强所占比例很小土壤腐殖质的分离提取和分组第三

10、节 土壤腐殖质三、元素组成主要 C、H、O、N、P、SC：5560%（平均58%）N：36%（平均5.6%）C/N=1012 : 1C:N:P:S=100120:10:1:1少量 Ca、Mg、Fe、Si 四、分子结构及化学特征分子量几百几万 许多取代基，多种官能团电性、吸附、络合、酸性、氧化还原、生理活性Humic acid structureGeometrically optimized 3-D structure of humic acid (C308H335O90N5, 738 atoms) Humic acid structure第三节 土壤腐殖质五、形态疏松球形黑褐色吸水力强很稳定胡

11、敏酸钾Macromolecular structures of organic moleculesin pine UltisolA) and C) Images collected at the water window. B) and D) Images collected at the Fe absorption edge. The brighter portions in the Fe map indicate particles rich in Fe. The ambient soil solution pH in (A) and (B) is 5.0. In (C) and (D),

12、 pH is 9.5 and NaCl is 1.0 M.第三节 土壤腐殖质六、随生物气候条件而变化东北土壤含量高HA/FA高（1）分子量大南方土壤水稻土：特殊的生态环境第四节 土壤有机质的作用与管理一、有机质的作用1、提供植物所需营养元素是全料肥料，养料库缓效，长效促进土壤养分有效化2、改善土壤物理性质改良质地，改善结构持水性、耕性、温度3、提高土壤的保肥性和缓冲性4、其它作用减轻重金属和农药危害对全球C平衡的影响全球碳循环 Carbon flow in soil-plant system 第四节 土壤有机质的作用与管理二、土壤有机质管理的目标保持O.M平衡和维持O.M 在适当水平平衡： 矿化腐殖质化 1、矿化率每年因矿化作用而消耗掉的有机质数量占土壤有机质总量的百分数矿化率 =矿化消耗掉的有机质100%土壤原来有机质总量第四节 土壤有机质的作用与管理2、腐殖化系数在机物料投入土壤一年后形成的腐殖质的量与原来有机物料总量的比值。腐殖化系数 =新形成的腐殖质施入的有机物总量第四节 土壤有机质的作用与管理例：某土壤有机质含量20 g/kg，矿化率为2%，每亩耕层土壤重量为150 000kg，重量含水量为 15。问每年每亩要消耗多少有机质？每年要施多少紫云英（腐殖化系数为